折紙啟發的柔性電子構建的自主機器人，可在具有挑戰性的環境中感知、分析和行動

折紙啟發的柔性電子構建的自主機器人可以在具有挑戰性的環境中感知、分析和行動

由加州大學洛杉磯分校領導的團隊設計的折紙啟發的機器人，當其任何一根觸角感應到障礙物時，它可以反轉方向。

機器人專家一直在使用一種類似于古代折紙藝術的技術，用薄而靈活的紙張開發自主機器。這些輕型機器人制造起來更簡單、更便宜，更緊湊，更容易儲存和運輸。

然而，傳統上需要剛性計算機芯片來實現先進的機器人功能——感知、分析和響應環境——增加了薄片材的額外重量，使它們更難折疊。因此，基于半導體的組件必須在機器人最終成型后添加。

現在，由加州大學洛杉磯分校薩繆利工程學院的研究人員領導的一個多學科團隊為完全可折疊的機器人創造了一種新的制造技術，可以在不依賴半導體的情況下執行各種復雜的任務。一項詳細介紹研究結果的研究發表在《自然通訊》上。

具有傳感、計算和致動功能的自主機器人，緊密集成在合規的折紙材料中：

a 自主機器人的概念，完全由功能性片材和線通過切割和折疊加工創建。b 自主機器人的基本構建單元是折紙多路復用開關（OMS）。OMS 可以在兩個輸入信號（即 V 和 V ）之間進行選擇+?） 并根據選擇信號 V 按需轉發選定的一個S（及其補充VR).c 一種基于 OMS 的爬蟲，可以自主檢測障礙物并執行決策以扭轉其爬行方向。d 一種受捕蠅器啟發的機器人，可以將活動物體與靜態刺激區分開來，并關閉其葉子以捕獲其“獵物”。e 一種不受束縛的汽車，可以沿著基于OMS的折紙存儲器中編程的軌跡行駛。

通過將柔性和導電材料嵌入預切割的聚酯薄膜片中，研究人員創建了一個信息處理單元或晶體管系統，可以與傳感器和執行器集成。然后，他們用簡單的計算機模擬功能對工作表進行編程，這些模擬功能模擬半導體的功能。一旦切割、折疊和組裝，板材就會變成一個自主機器人，可以精確地感知、分析和響應環境。研究人員將他們的機器人命名為“OrigaMechs”，是折紙機械機器人的縮寫。

“這項工作導致了一類新的折紙機器人，具有擴展的功能和自主性水平，同時保持與折紙折疊制造相關的有利屬性，”該研究的主要作者，加州大學洛杉磯分校機械工程博士生Wenzhong Yan說。

OrigaMechs的計算能力來自由折疊創建的機械折紙多路復用開關和編程的布爾邏輯命令（如“AND”，“OR”和“NOT”）的組合。這些開關啟用了一種機制，該機制根據輸入到系統中的可變壓力和熱量選擇性地輸出電信號。

使用新方法，該團隊構建了三個機器人來展示系統的潛力：

一種類似昆蟲的步行機器人，當它的任何一個觸角感應到障礙物時，它會反轉方向；

一個類似金星捕蠅器的機器人，當它的下顎傳感器檢測到物體時，它會包裹“獵物”；

可重新編程的兩輪機器人，可以沿著預先設計的具有不同幾何圖案的路徑移動

一種類似金星捕蠅器的機器人，當它的下顎傳感器檢測到物體時，它會包裹“獵物”。

雖然機器人被拴在演示的電源上，但研究人員表示，長期目標是為自主折紙機器人配備由薄膜鋰電池供電的嵌入式儲能系統。

折紙捕蠅器啟發的捕獵物機器人：

金星捕蠅器可以將活的獵物與無生命的刺激區分開來，并關閉葉子以捕獲獵物。b 帶有標簽的機器人的詳細結構。c 機器人的簡化電路圖。位于葉片上的兩個觸摸傳感器感知外部信息，并將該信息作為電壓信號發送到AND門;反過來，柵極的輸出（電壓）用于指示用于改變葉片狀態的CSCP執行器的操作。d 由雙穩態開關改裝而成的觸摸傳感器原理圖。e 受捕蠅器啟發的機器人的驅動系統。兩個CSCP執行器分別連接到兩個葉片上，以提供驅動以關閉它們。f-i 活體“獵物”捕獲的演示。這個機器人只有在感覺到葉子上兩個目標位置的兩次觸摸時才會關閉它的葉子，這表明下落的物體是活的“獵物”。

無芯片設計可能導致機器人能夠在極端環境中工作 - 強輻射或磁場，以及具有強烈射頻信號或高靜電放電的地方 - 傳統的基于半導體的電子設備可能無法運行。

“這些類型的危險或不可預測的情況，例如在自然或人為災難期間，可能是折紙機器人被證明特別有用的地方，”研究首席研究員Ankur Mehta說，他是電氣和計算機工程助理教授，也是加州大學洛杉磯分校嵌入式機器和無處不在的機器人實驗室主任。

“機器人可以針對特殊功能進行設計，并很快按需制造，”Mehta補充道。“此外，雖然距離很遠，但在其他星球上可能存在一些環境，在這些環境中，不受這些場景影響的探險機器人將是非常可取的。

通過這種靈活的切割和折疊技術制造的預組裝機器人可以采用扁平包裝運輸，從而節省大量空間。這在太空任務等場景中很重要，因為每一立方厘米都很重要。低成本，輕巧且易于制造的機器人也可以帶來創新的教育工具或新型玩具和游戲。