折纸(origami)的一道道折痕,可以从平淡无奇的平面形状,折叠出活灵活现的三维物体。灵巧的技法能打动人心,而在科学家的眼中,折纸的技艺也能用来设计更具灵活性、压缩性的折纸机器人(origami robot)。
在刚与柔,硬和软之间,人们偏爱把柔性品质与人性化联系在一起。折纸机器人就属于如今走在科学前沿的软性机器人(soft robotics)的范畴。而“软”意味着机器人也可以温柔、灵活、无害。
喜爱折纸艺术,来自新加坡国立大学化学与生物工程系的陈柏彦助理教授(32岁)正在做相关的研究,带领团队研发新材料来制作软性机器人。他也是2019年美国麻省理工学院《技术评论》杂志亚太区35岁以下创新者奖的得奖者之一。
可折叠的“消防员”
折纸设计的机器人往往被用在人们难以出入的严酷环境,并且具有一定的自主行动能力来完成指令。
陈柏彦团队的机器人参考了传统折纸中的风箱(bellows)设计,由两条风箱组成,犹如两条腿,左右延展来行动。操作者可以利用无线传输将路线图传达给机器人,而它同时也具备防火、自行加热和检测功能等等。
机器人的风箱折纸结构由两条风箱组成,犹如两条腿,在充气和抽气下左右延展来行动。
折纸机器人的技术瓶颈是如何在重量和功能上做取舍。机器人是否能够在一些复杂而狭窄的空间里游走?它们是否能够抵御恶劣的环境?在这些问题上,科学家常常要从材料本身来找答案。
陈柏彦团队为此研发了一种以金属与碳材制造的材料,而金属本身的特质就是防火、导热、导电,在此基础上也能设计无线传输等功能,这才让机器人的功能性强,而且柔软、轻便。
陈柏彦团队研发了一种以金属与碳材制造的材料,让机器人防火、导热、导电,并且搭载无线传输等功能,同时也柔软、轻便。
陈柏彦的哥哥是一名消防员,在出入火场时最大的挑战就是越过重重障碍物搜寻生还者。这让他想到机器人可以应用在火场搜救的场景,尤其是投放在那些难以进入的狭小空间。因为风箱的折纸结构具有很长的延展性,直线轴长也可以根据需要设计长度,机器人可以帮助消防员打通搜救道路,同时也能实时探测周围环境,帮助消防员更快地展开搜救。
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