可調節硬度的曲面摺紙結構，讓機器人如虎添翼

一項採用曲面摺紙結構的最新研究成果將對機器人技術發展產生重大影響。這種結構可提供可調柔性（根據不同功能調節剛度）。一直以來，這種效果都很難通過簡單的設計實現。

美國亞利桑那州立大學機械工程教授Hanqing Jiang（第一作者）在《科學進展》上發表了一篇研究論文。

他介紹道：「將彎曲的摺紙結構融入機器人設計有助於調節機器人的柔性或剛度……高柔性，也就是低剛度，可與貓的軟著陸狀態相媲美；低柔性，也就是高剛度，則類似於穿著硬靴子跳在地面時的硬著陸。彎曲摺紙不僅可以增加機器人動作的力量，還可以使機器人的動作像貓一樣靈活。」

Jiang將曲面摺紙的應用比喻為賽車及普通車輛在運作層面上的差異。賽車駕駛者期待感受賽道的「剛性」，普通車輛駕駛者則想減輕震動，獲得舒適的駕駛體驗。

他解釋道：「類似於在運動型汽車模式和舒適乘車模式之間進行切換，這些曲面摺紙結構能讓機器人根據與環境的互動狀況在軟、硬兩種模式之間按需切換。」

機器人的運作需要不同剛度，比如：舉重需要高剛度，吸收衝力需要高柔性，而短跑則需要負剛度。一般來說，可調剛度的結構是龐大的，而彎曲摺紙結構在保證結構緊湊性的同時也擴大了可調剛度範圍。

Jiang及其團隊研究的結構將摺紙摺痕處的摺疊能量與面板彎曲結合，通過切換不同摺痕實現剛度調整。

彎曲摺紙能夠幫助機器人能夠完成各式各樣的動作，比如：該團隊開發的氣動遊泳機器人可以完成9種不同的動作，包括快速、中速、慢速、線性和旋轉運動，而完成這些只需簡單地調整摺痕。

除了應用於機器人技術，曲面摺紙的研究原理也適用於電磁學、汽車工程、航空航天及生物醫學等領域的超材料設計。

原創編譯：朱明逸 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《科學進展》

期刊編號：2375-2548

原文連結：

https://techxplore.com/news/2020-11-origami-range-stiffness-to-flexibility-robots.html

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