韩国首尔大学研发仿瓢虫滑翔折叠机器人，未来可完成搜索侦察救援等任务

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瓢虫的翅膀下的秘密一直是科学家们探索机翼框架的关键。瓢虫在飞行时，可以在100毫秒内展开其复杂折叠的翅膀，比眨眼还快，并且其翅膀可以在快速拍打期间保持力量和硬度，有效地承受空气动力。

使瓢虫能够快速有力的打开翅膀的关键因素在于其翼脉的弯曲结构。这种结构被称为带状弹簧，类似于我们日常生活中用到的金属卷尺。

韩国首尔大学的研究人员受此启发，开发了一种可以自由飞翔的新型折叠式机器人。该机器人像瓢虫一样具有一对翅膀，可快速打开翅膀并锁定。机翼在飞行过程中保持固定，一旦机器人降落，便可以像折纸一样折叠起来。这些轻巧紧凑的机翼可以使未来的机器人成为搜索，救援或侦察任务的理想之选。

柔顺折纸技术

折纸技术是设计紧凑轻便的可折叠机翼的长期解决方案。为了实现机翼的折叠和快速展开，柔顺折纸技术被应用于机器人的设计中。研究人员使用预先设计的模具对柔性材料进行热成型，制作翼脉（带状弹簧结构的弯曲小平面）充当主翼框架，从而将翼脉制成目标弯曲性状。使用的柔性材料为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）面和防撕裂织物组成的复合材料。

机翼沿着折线折叠后，折线两侧的弯曲小平面逐渐变平，并且弹性能量存储在变形的小平面上。这种存储的能量使柔顺的折纸能够在116毫秒内快速弹开。此外，弯曲几何形状使柔顺折纸在弹开后回到原始状态并固定，不会产生变形。该柔顺折纸可以承受其自身重量的150倍。

滑翔机模块

研究人员基于柔顺折纸的翼脉框架开发了滑翔机模块。该滑行机轻巧，可折叠，快速展开，机翼高承重能力。滑翔机模块重35克，机翼跨距为660毫米，可以紧凑地折叠成展开面积的八分之一。

机翼由彼此重叠的双层柔顺的折纸结构组成。每个折纸结构都包含两个翼脉和一条折线。重叠的折纸层的顶端通过销钉接头连接到机身。因此，折纸框架的横向折叠与销接头的旋转相结合，可进行肩部折叠。

滑翔机的折叠由具有冠齿轮离合器的绕线电动机驱动。两个冠状齿轮被用作离合器，齿条和小齿轮被用作触发器。在机翼折叠中，固定在小齿轮上的扳机马达使齿条向前移动，并且两个冠状齿轮啮合。一个冠齿轮安装在皮带轮上，另一个冠齿轮安装在绕线电动机上。然后，通过绕线电动机的旋转使机翼被折叠。绕线电动机的齿轮箱摩擦力将机翼保持在折叠状态。为了展开机翼，扳机马达将齿条向后移动，并且两个冠齿轮脱离。接下来，滑轮和绕线电机完全断开，机翼通过释放其存储的能量可在466毫秒内迅速展开。通过缠绕触发马达可实现自动反复地折叠和展开机翼。

跳跃机制

滑翔机器人还被赋予了跳跃能力，可在克服重力的同时存储足够多的能量，并通过快速释放弹性能量以推动机翼展开，确保了机器人可以开始在更高的顶点滑行。

以跳蚤为灵感的跳跃机制由菱形，闭链，四杆折纸连杆，用于储能的线性弹簧和用于触发的形状记忆合金（SMA）弹簧组成（图S7）。线性弹簧水平安装在联动装置的中央，SMA安装在联动装置顶部的限位器结构上。跳跃的原理是扭矩反向弹射机构。

总结与展望

滑翔机模块也应用于爬行滑行机器人和拍打机构。爬行滑行机器人可以折叠翼的方式有效地在地面上爬行，当机器人从悬崖上掉下来时，它可以展开翅膀滑行并安全着陆，并且还增加了机器人的行进距离。研究人员还开发了可展开的拍打机构，当机器人需要飞行时，它展开翅膀并开始拍打。可以在狭窄的空间中折叠并易于运输。未来的工作还会考虑各种构面的几何形状和不同构面材料的影响。

原文链接：

https://robotics.sciencemag.org/content/5/41/eaaz6262

论文题目：

Ladybirdbeetle–inspired compliant origami

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