韩国首尔大学研究人员开发了一种可以自由飞翔的新型折叠式机器人

来源：电子发烧网

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。