受折纸启发的模块化机器人设计，用于自适应机器人

模块化机器人能够改变其身体构型以穿越各种地形或改变运动方式，在 diverse 环境中执行多样化任务具有巨大潜力。为了追求创新的模块化机器人系统，中国西湖大学和浙江大学的研究人员从复杂的折纸艺术中汲取灵感。具体而言，他们采用了折纸中的“Kresling”图案，创造了一种新颖的模块化机器人设计。这种创新方法在一篇《自然·通讯》（Nature Communications）论文中公布，引入了可通用变形的模块，可以重新排列以产生不同的形状和构型。

折纸与机器人技术的结合：Kresling 图案

Kresling 图案是一种著名的折纸折叠方式，涉及沿扭曲方向交替的山折（凸起）和谷折（凹陷）。该图案复制自然界中复杂形状（如鹰蛾翅膀上的复杂图案或松果几何结构）的潜力，促使研究人员探索其在机器人领域的应用。

传统上，基于 Kresling 的机器人设计专注于多模式机械臂。然而，现有方法受到扭曲和收缩模式耦合的限制。研究人员的目标是修改 Kresling 图案，引入新的变形模式，从而推动模块化机器人能力的边界。

由气动驱动的創新可变形模块

这项研究的核心是创建由气动驱动的通用可变形模块——一种利用气体或压缩空气进行运动的机制。研究人员设计了一种两级 Kresling 图案单元，其特征是每个级别具有相反的扭曲方向。该单元还包括每个级别相对两侧的侧袋。通过选择性地对这些侧袋加压并抽空主腔体，研究人员实现了多种变形模式。

该突破性模块的形状变换由压力调整控制，使其能够呈现适合特定应用的多种形状。令人印象深刻的是，单个折纸模块可以使机器人实现七种不同的运动模式。这些模式包括三种基本运动及其四种组合。

自适应和可重构的机器人潜力

两级单元的普遍性是其定义特征——它可以根据所选的加压方案执行所有潜在的变形模式。研究人员将其与人体解剖学进行类比，将该单元比作手臂，能够执行多样化的变形，就像我们的手臂可以收缩、伸展、扭曲和弯曲一样。模块的加压方案模拟了神经的功能，使其能够像我们的手臂一样适应，通用模块相当于具有六个自由度的手臂。

通过模拟和现实世界的实验验证了这种创新设计的可行性。结果令人鼓舞，证实了该模块在推动模块化机器人发展方面的潜力，这些机器人能够熟练地导航环境并采用多样化的运动模式。

最值得注意的是，该模块的独特功能是在机器人运行过程中重新组装。这一特性使其在需要迅速适应周围环境的复杂现实世界任务中变得不可或缺。这项工作为更具响应性的复杂软机器人的出现带来了可能性。

展望未来，研究人员计划将该创新结构应用于实际场景，例如增强机器人抓取大型物体的能力。凭借其彻底改变机器人适应性和可重构性的潜力，这种受折纸启发的方法可能会开启模块化机器人的新时代，使其能够无缝应对不同环境中的复杂任务。