弯曲折纸为机器人提供新的刚度到灵活性范围

弯曲折纸结构的新领域对机器人技术的发展产生了深远的影响。这种结构以其独特的可调刚度能力，打破了传统设计的局限，赋予了机器人前所未有的灵活性和适应性。

亚利桑那州立大学机械工程学教授江汉清（Hanqing Jiang）深入了这种结构的特点和优势。他解释道：“弯曲折纸结构融入机器人设计，显著提升了其在灵活性和刚度方面的调整能力。这种结构的灵活性就好比猫的柔软身躯，可以在需要时展现出强大的动作。而当我们谈到刚度时，它就像一双能执行硬跳的坚硬靴子。”

江教授是本周在《科学进展》杂志上发表的一篇论文的主要作者。这篇题为《使用优雅的弯曲折纸在原位僵硬操作》的论文揭示了这种结构的巨大潜力。江教授表示：“曲线折纸结构能够赋予机器人强大的力量以及如猫般的灵活性。”

他将这种折纸结构与驾驶体验进行了有趣的比较。追求道路刚性的驾驶者会喜欢运动型跑车的操作感，而寻求舒适驾驶的驾驶者则更青睐于能够缓解不和谐运动的车辆。与此类似，这种弯曲折纸结构可以在机器人的软模式和硬模式之间按需切换，这完全取决于机器人与环境的交互方式。

机器人需要适应多种刚度模式。举重需要高刚度，冲击吸收需要高灵活性，而某些特定运动则需要负刚度或快速释放储存能量的能力。传统的机械装置在适应刚度变化时可能会显得笨重，而弯曲折纸结构则能紧凑地支持扩展刚度刻度，按需调整灵活性。江教授和他的团队研发的结构结合了折纸折痕的折叠能量和面板的弯曲，通过切换多个弯曲折痕之间的连接来调整机器人的动作。

弯曲折纸的应用已经让单个机器人完成了多种动作。团队开发的气动游泳机器人就是一个很好的例子。只需通过调整折痕，这个机器人就可以完成九种不同的运动模式，包括快速、中速、慢速、直线以及旋转运动。

这种弯曲折纸的研究原理还广泛应用于其他领域，如电磁学、汽车和航空航天部件以及生物医学设备中的机械超材料设计。江教授表示：“这项研究的魅力在于，弯曲折纸的设计原理相似，只需改变直折痕为弯曲的折痕，每个弯曲的折痕都能带来特定的灵活性。”