受折纸启发的机器人可以在具有挑战性的环境中进行感知分析和行动

机器人专家一直在使用一种类似于古代折纸艺术的技术，用柔软的薄片开发自主机器。这些轻型机器人制造起来更简单、更便宜，而且更紧凑，更容易储存和运输。

然而，传统上实现高级机器人功能(感知、分析和响应环境)所需的刚性计算机芯片增加了薄片材料的额外重量，并使它们更难折叠。因此，必须在机器人最终成型后添加基于半导体的组件。

现在，由加州大学洛杉矶分校 Samueli 工程学院的研究人员领导的一个多学科团队已经为完全可折叠的机器人创造了一种新的制造技术，这些机器人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Nature Communications上。

通过将柔性导电材料嵌入预先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，他们用模拟半导体的简单计算机模拟功能对表进行编程。一旦被切割、折叠和组装，板材就变成了一个自主机器人，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”，这是 Origami MechanoBots 的缩写。

“这项工作导致了一种新的折纸机器人，它具有扩展的能力和自主水平，同时保持了与基于折纸折叠的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 从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(例如“AND”、“OR”和“NOT”)的组合中获得了计算能力。这些开关启用了一种机制，该机制可以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该系统的潜力：

一种类似昆虫的步行机器人，当它的任一触角感应到障碍物时会改变方向

一个类似金星捕蝇草的机器人，当它的两个下颚传感器检测到一个物体时，它就会包围一个“猎物”

可重新编程的双轮机器人，可以沿着不同几何图案的预先设计的路径移动

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。

无芯片设计可能会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正常工作。

“这些类型的危险或不可预测的场景，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、电气和计算机工程助理教授兼加州大学洛杉矶分校实验室主任 Ankur Mehta 说。适用于嵌入式机器和无处不在的机器人。

“机器人可以针对特殊功能进行设计，并可以非常快速地按需制造，”梅塔补充道。“此外，虽然距离很远，但在其他行星上可能存在一些环境，在这些环境中，不受这些情况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构建的预组装机器人可以采用扁平包装进行运输，从而节省大量空间。这在太空任务等场景中非常重要，在这些场景中，每一立方厘米都很重要。低成本、轻便且易于制造的机器人还可以带来创新的教育工具或新型玩具和游戏。

该研究的其他作者包括加州大学洛杉矶分校本科生 Mauricio Deguchi 和研究生 Zhaoliang Zheng，以及来自麻省理工学院的机器人专家李曙光和 Daniela Rus。

该研究得到了国家科学基金会的支持。Yan 和 Mehta 正在通过加州大学洛杉矶分校技术开发小组申请专利。