这些折叠式机器人像瓢虫一样飞行

瓢虫飞行时，翅膀会在十分之一秒内张开——比眨眼还快。一旦展开，翅膀就会保持张开状态，这样它们就可以快速拍打，而不会折叠或弯曲。

韩国首尔国立大学软体机器人研究中心主任 Kyu-Jin Cho 表示，这些色彩鲜艳的小甲虫的特性为飞行机器人的研发提供了极大的灵感来源。他和同事们已经制造出能够使用一对翅膀飞行的机器人，这些翅膀可以像真正的瓢虫一样快速打开和锁定。

“我们正试图模仿这些动作背后的基本原理，”赵说，他在本周的《科学机器人》杂志上描述了他的研究工作。

他的团队设计的机翼在飞行时非常坚固，但一旦机器人着陆，就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版本的机器人成为搜索和救援或侦察任务的理想选择。

瓢虫并不是唯一一种不使用时后翅会紧紧折叠的昆虫。“但与瓢虫的翅膀不同，它们的翅膀不会那么快地展开，”Cho 说。这种昆虫快速起飞的关键是其翅膀上特殊的翅脉，这种翅脉形状略微弯曲，可以在弯曲时储存弹性能量，然后在翅膀弹开时释放能量。弯曲的翅脉还能使翅膀在飞行时保持坚硬和稳定，就像卷尺在伸展时保持笔直一样。

“如果你把卷尺折叠起来……然后松开，它很快就会打开，”Cho 说。“这基本上是同样的原理。”

他和同事们用人造塑料血管制作了 13 英寸长的织物翅膀，并将其安装在他们之前设计的用于跳跃或爬行的机器昆虫身上。这些血管可以在 116 毫秒内展开，可以承受高达自身重量 150 倍的重量而不会弯曲。

“由于其弯曲的形状，它在展开时会自然锁定，因此可以承受非常重的重量，”Cho 说道。“如果它只是一个平面，它会立即弯曲，但因为它具有这种弯曲的形状，因此强度更高。”

研究人员对其中一个遥控机器人进行了测试，让其从屋顶跳下，在半空中张开翅膀，然后滑翔到地面。他们将另一个机器人从建筑物的二楼扔下；滑翔到地面后，这个机器人重新折叠翅膀，沿着地面爬行。该团队还发现，该设计可以用于制造带有扑翼的机器人。

这种受折纸启发的设计并非首创。其他研究人员也曾制造过类似的可展开部件的装置，包括用于航天器的太阳能电池板。然而，这些先前的装置使用的是刚性板，无法快速打开。通过制造在打开时呈弯曲状、在折叠时呈扁平状的翼框，Cho 及其团队摆脱了这种模式。

“我认为我们的产品是第一个可以真正储存能量，然后自行快速打开而无需额外组件的产品，”他说，“结构本身被用作弹簧。”

这意味着，受瓢虫启发的机翼可以整齐地折叠起来，使机器人更便携，更易于人员或无人机携带。一旦部署，机器人的噪音也会比传统无人机小。

世界各地的研究人员正在建造一系列能像蝙蝠、昆虫或鸟类一样飞行的仿生机器人。

“这项应用并不是很新颖，但他们尝试将折纸设计融入这种仿生机器人的方式很有趣，”东北大学机器人专家 Alireza Ramezani 说道，他正在研究一种名为 Bat Bot 的扇翼机器人。“它很有希望，因为它有望让我们创造出更简单、更轻、反应更快的仿生机器人。”

然而，他表示，折纸机器人也存在一些缺点。它们只能折叠成有限几种形状，这限制了机器人可以执行的动作。

Cho 表示，瓢虫机器人的一个特别优势是，它可以折叠翅膀，让机器人在不飞行时能够跳跃或爬行。他计划对未来几代机器人进行升级，使其由人工智能控制，这样它们就可以更自主地导航。