折紙啟發(fā)的水陸兩棲軟體爬行3D打印機器人，北方工業(yè)大學胡福文課題組

2024年8月，南極熊獲悉，北方工業(yè)大學胡福文課題組在國際學術(shù)期刊《Biomimetics》發(fā)布了《折紙啟發(fā)的水陸兩棲軟體爬行機器人》一文。

水的密度約是空氣的800倍，其粘性是空氣的55倍，這種物理特性差異給水陸兩棲機器人設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)。特別是深水或深海行走機器人還要面對較大的靜水壓力。近日，北方工業(yè)大學胡福文課題組通過揭示折紙彈性球模型所蘊含的超材料變形機制，成功研制了一類新型可3D打印的體素型軟體四足水陸兩棲爬行機器人。

這款機器人的靈感來源是一種折紙彈性球模型。他們的研究揭示了此折紙模型蘊含的多自由度柔順性、易于組裝的可重構(gòu)性、準零剛度變形等迷人特性。機器人本體由14個3D打印的折紙彈性球模型組裝而成，從結(jié)構(gòu)上來說具有“極簡性”，具有制造成本低、可模塊化擴展等優(yōu)點。


機器人通過電機繩驅(qū)腿部彎曲實現(xiàn)了四足行走和蠕動爬行步態(tài)。水下環(huán)境實驗表明，機器人可以較好適應(yīng)水介質(zhì)中的沙地、斜坡等地面環(huán)境以及人工浪涌。和陸上的行走實驗相比，運動的速度沒有出現(xiàn)明顯的降低。此外，水深的增加反而在一定范圍內(nèi)促進了機器人的行走。顯然，這種“全鏤空”的折紙結(jié)構(gòu)給機器人抵抗靜水壓力和減少運動阻力提供了優(yōu)勢。


這項研究進展不僅拓寬了創(chuàng)新設(shè)計水陸兩棲機器人的視野，還為更宏大的研究愿景——可直接從3D打印機中走出的機器人（Robots walking from 3D Printers）開辟了新的契機。這項原創(chuàng)性成果以題為“A Soft Amphibious Voxel-Type Quadruped Robot Based on Origami Flexiball of Rhombic Dodecahedron”的論文發(fā)表在JCR一區(qū)、國際學術(shù)期刊《Biomimetics》上，論文鏈接https://doi.org/10.3390/biomimetics9080482。

北方工業(yè)大學胡福文課題組主要從事智能工業(yè)系統(tǒng)、新形態(tài)機器人、增材制造等領(lǐng)域的理論研究和技術(shù)研發(fā)工作，在《Journal of Intelligent Manufacturing》、《Advanced Engineering Informatics》、《Computers in Industry》、《Soft Robotics》等國際知名期刊上發(fā)表論文40余篇，獲省部級教學成果獎二等獎1項、省部級科技成果獎一等獎1項、二等獎2項，獲全國大學生“挑戰(zhàn)杯”競賽一等獎1項。