折纸启发的柔性电子构建的自主机器人，可在具有挑战性的环境中感知、分析和行动

折纸启发的柔性电子构建的自主机器人可以在具有挑战性的环境中感知、分析和行动

由加州大学洛杉矶分校领导的团队设计的折纸启发的机器人，当其任何一根触角感应到障碍物时，它可以反转方向。

机器人专家一直在使用一种类似于古代折纸艺术的技术，用薄而灵活的纸张开发自主机器。这些轻型机器人制造起来更简单、更便宜，更紧凑，更容易储存和运输。

然而，传统上需要刚性计算机芯片来实现先进的机器人功能——感知、分析和响应环境——增加了薄片材的额外重量，使它们更难折叠。因此，基于半导体的组件必须在机器人最终成型后添加。

现在，由加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院的研究人员领导的一个多学科团队为完全可折叠的机器人创造了一种新的制造技术，可以在不依赖半导体的情况下执行各种复杂的任务。一项详细介绍研究结果的研究发表在《自然通讯》上。

具有传感、计算和致动功能的自主机器人，紧密集成在合规的折纸材料中：

a 自主机器人的概念，完全由功能性片材和线通过切割和折叠加工创建。b 自主机器人的基本构建单元是折纸多路复用开关（OMS）。OMS 可以在两个输入信号（即 V 和 V ）之间进行选择+−） 并根据选择信号 V 按需转发选定的一个S（及其补充VR).c 一种基于 OMS 的爬虫，可以自主检测障碍物并执行决策以扭转其爬行方向。d 一种受捕蝇器启发的机器人，可以将活动物体与静态刺激区分开来，并关闭其叶子以捕获其“猎物”。e 一种不受束缚的汽车，可以沿着基于OMS的折纸存储器中编程的轨迹行驶。

通过将柔性和导电材料嵌入预切割的聚酯薄膜片中，研究人员创建了一个信息处理单元或晶体管系统，可以与传感器和执行器集成。然后，他们用简单的计算机模拟功能对工作表进行编程，这些模拟功能模拟半导体的功能。一旦切割、折叠和组装，板材就会变成一个自主机器人，可以精确地感知、分析和响应环境。研究人员将他们的机器人命名为“OrigaMechs”，是折纸机械机器人的缩写。

“这项工作导致了一类新的折纸机器人，具有扩展的功能和自主性水平，同时保持与折纸折叠制造相关的有利属性，”该研究的主要作者，加州大学洛杉矶分校机械工程博士生Wenzhong Yan说。

OrigaMechs的计算能力来自由折叠创建的机械折纸多路复用开关和编程的布尔逻辑命令（如“AND”，“OR”和“NOT”）的组合。这些开关启用了一种机制，该机制根据输入到系统中的可变压力和热量选择性地输出电信号。

使用新方法，该团队构建了三个机器人来展示系统的潜力：

一种类似昆虫的步行机器人，当它的任何一个触角感应到障碍物时，它会反转方向；

一个类似金星捕蝇器的机器人，当它的下颚传感器检测到物体时，它会包裹“猎物”；

可重新编程的两轮机器人，可以沿着预先设计的具有不同几何图案的路径移动

一种类似金星捕蝇器的机器人，当它的下颚传感器检测到物体时，它会包裹“猎物”。

虽然机器人被拴在演示的电源上，但研究人员表示，长期目标是为自主折纸机器人配备由薄膜锂电池供电的嵌入式储能系统。

折纸捕蝇器启发的捕猎物机器人：

金星捕蝇器可以将活的猎物与无生命的刺激区分开来，并关闭叶子以捕获猎物。b 带有标签的机器人的详细结构。c 机器人的简化电路图。位于叶片上的两个触摸传感器感知外部信息，并将该信息作为电压信号发送到AND门;反过来，栅极的输出（电压）用于指示用于改变叶片状态的CSCP执行器的操作。d 由双稳态开关改装而成的触摸传感器原理图。e 受捕蝇器启发的机器人的驱动系统。两个CSCP执行器分别连接到两个叶片上，以提供驱动以关闭它们。f-i 活体“猎物”捕获的演示。这个机器人只有在感觉到叶子上两个目标位置的两次触摸时才会关闭它的叶子，这表明下落的物体是活的“猎物”。

无芯片设计可能导致机器人能够在极端环境中工作 - 强辐射或磁场，以及具有强烈射频信号或高静电放电的地方 - 传统的基于半导体的电子设备可能无法运行。

“这些类型的危险或不可预测的情况，例如在自然或人为灾难期间，可能是折纸机器人被证明特别有用的地方，”研究首席研究员Ankur Mehta说，他是电气和计算机工程助理教授，也是加州大学洛杉矶分校嵌入式机器和无处不在的机器人实验室主任。

“机器人可以针对特殊功能进行设计，并很快按需制造，”Mehta补充道。“此外，虽然距离很远，但在其他星球上可能存在一些环境，在这些环境中，不受这些场景影响的探险机器人将是非常可取的。

通过这种灵活的切割和折叠技术制造的预组装机器人可以采用扁平包装运输，从而节省大量空间。这在太空任务等场景中很重要，因为每一立方厘米都很重要。低成本，轻巧且易于制造的机器人也可以带来创新的教育工具或新型玩具和游戏。