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  近日，西湖大學(xué)姜漢卿團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)張壯研究員聯(lián)合西湖大學(xué)王蕾團(tuán)隊(duì)以及紹興文理學(xué)院盧軍強(qiáng)團(tuán)隊(duì)，基于折紙工藝?yán)每山到饫w維素薄膜開發(fā)了一種可持續(xù)性閉環(huán)控制機(jī)器人系統(tǒng)，相關(guān)研究工作以“Biodegradable Origami Enables Closed-Loop Sustainable Robotic Systems” 為題發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展（Science Advances）》雜志。

  近年來，軟體機(jī)器人由于其高度柔性和順應(yīng)性的特點(diǎn)，可以高度適配用戶友好的人機(jī)交互界面，因此獲得蓬勃發(fā)展。目前，基于化學(xué)合成的橡膠態(tài)軟材料由于其較好的成型性、彈性、穩(wěn)定性以及多功能性，成為軟體機(jī)器人構(gòu)筑用材料的主要選擇。然而，這些橡膠態(tài)軟材料的制備過程通常涉及對環(huán)境有害的有機(jī)溶劑或者產(chǎn)生無法降解的產(chǎn)物，對于機(jī)器人領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。為了解決機(jī)器人制備過程中對于環(huán)境的負(fù)面影響，研究者們開始開發(fā)可回收或可降解凝膠用于構(gòu)筑軟體機(jī)器人，但是所構(gòu)筑的軟體機(jī)器人通常只具有單一的驅(qū)動(dòng)或傳感功能，并且由于凝膠材料力學(xué)性能的限制，所構(gòu)筑的機(jī)器人的性能通常較差。因此亟需開發(fā)一種基于力學(xué)穩(wěn)定可持續(xù)性材料的新型機(jī)器人結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)具有全機(jī)器人功能的可靠、可持續(xù)以及可降解的軟體機(jī)器人系統(tǒng)。

圖1. 可持續(xù)性折紙機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)筑方法

圖3. 纖維素薄膜增塑效應(yīng)評價(jià)

圖4. 纖維素薄膜增塑前后力學(xué)性能與相互作用

圖5. 纖維素折紙單元的力學(xué)性能

圖6. 自感知折紙單元的傳感性能

  折紙模塊充足的內(nèi)部空間使得傳感器的進(jìn)一步集成成為可能。如圖6所示，將三組明膠離子凝膠傳感器嵌入折紙模塊內(nèi)部，離子凝膠傳感器隨著折紙模塊的單軸壓縮而產(chǎn)生彎曲，導(dǎo)致電阻發(fā)生變化，通過標(biāo)定電阻變化和折紙位移變化的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了自傳感折紙機(jī)器人模塊的構(gòu)筑。由于Kresling折紙單元的模塊化特性，進(jìn)一步將多個(gè)折紙模塊串聯(lián)，構(gòu)筑的繩驅(qū)動(dòng)折紙機(jī)械臂，具有伸縮和萬向彎曲能力。

圖7. 驅(qū)動(dòng)-傳感-交互閉環(huán)控制機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)建

  論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads0217

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