交織折紙結構讓機械人能屈能伸

韓國首爾大學科學家在最新出版的《科學 · 機械人》雜誌發表論文，介紹了一種受折紙藝術啟發的新型結構——“可折疊可滾動波紋結構”。該結構通過引入“交織”設計理念，既能平滑捲曲折疊，實現極致緊湊的保存狀態，又能在完全展開後保持高強度與穩定性，為製造“能屈能伸”的機械人提供了新可能。

傳統卷尺式結構通過將材料捲繞在中心輪轂上實現緊湊收納。這類結構在儲存時截面平整以便纏繞，展開時則形成波紋截面以增強抗彎曲能力。然而，當傳統波紋結構被折疊成多層並繞經輪轂時，因材料厚度導致的內外層周長差異容易引發結構屈曲和起皺。為此，現有結構通常先展開為單層平整狀態再行捲繞。隨着波紋尺寸增大，結構強度雖得以提升，但所需捲繞寬度也隨之增加，導致強度與緊湊性之間難以兼顧。

為解決這一矛盾，團隊將“隔行交織”原理引入波紋結構設計。新結構通過交叉互鎖方式連接多個元件，而非採用剛性固定。這種設計既允許元件間通過滑動重新排列，又能在互鎖方向共同承載負荷、維持形態穩定，實現了多層折疊波紋結構的平滑捲繞與緊湊收納。

除理論創新外，團隊還基於這種結構研製出僅需單一電機驅動的可伸縮機械臂，並展示了其在多種機械人系統中的應用潛力。在一款與掃地機械人尺寸相仿的移動平台上，加裝該機械臂的機械人在收納時保持低矮形態，展開後卻能執行高處作業，如整理貨架物品或按下電梯按鈕。

另一項演示中，團隊開發出可部署移動3D列印機械人。其底座可從一個緊湊三角柱，展開為大型四面體框架。借助這個展開的框架，機械人能夠完成高度約二點五米結構的3D列印任務。

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