软机器人研究中心主任、这项研究的首席研究员邱告诉TechXplore:“我们的目标是为跳跃-滑行机器人开发翅膀。”跳跃滑动运动可以提高机器人的能量效率和行进距离。为此,机翼应该在空气动力学的作用下可折叠,快速展开并具有弹性。"
在过去的研究中,大多数开发跳滑机器人的研究人员都采用了这种设计策略,即在机器人翅膀上增加连杆、弹簧和执行器。然而,这些技术往往使机器人特别笨重,从而阻碍了机器人的整体运动性能。
Cho和他的同事着手开发一种跳跃-滑动机器人的设计策略,该策略从大自然中汲取灵感,尤其是瓢虫。瓢虫能在0.1秒内迅速展开复杂的折叠翅膀;比眨眼更短的时间。
此外,众所周知,瓢虫的翅膀具有很高的强度和牢固性,可以防止它们在高频拍打时折叠或弯曲。Cho和他的同事希望创造一种人工结构,其质量类似于瓢虫的翅膀,可以快速有效地展开成翅膀。
这项研究的第一作者桑敏贝克(Sang-Min Baek)解释说:“我们开发了一种新颖的折纸结构,它可以在巨大的力量下快速展开自身,并且具有灵活性。”然后,我们将这种新颖的折纸结构应用到可展开机翼模块的机翼框架上。基于这种可展开的机翼模块,我们可以建造一个跳跃-滑行机器人,它有一个轻便、可折叠但坚固的机翼。"
瓢虫的翅膀之所以容易展开和抵抗,是因为它们是围绕着带状弹簧纹理的独特形状而建造的。当瓢虫的翅膀折叠时,这种带状的弹簧状静脉会变形,从而在其中储存弹性能量。这种储存的能量最终将使翅膀能够快速轻松地展开。
Baek解释说:“由于带状弹簧静脉的横截面曲率,机翼在大空气动力的作用下也很坚固,就像卷尺保持其直线形状一样。”“我们将其几何形状和柔度应用于折纸结构的各个方面。因此,折纸结构无需任何其他部件即可实现储能和自锁功能。”