导读
近日，一款新型的软体机器人构造再一次登上了《科学》（Science）杂志的大子刊《科学-机器人学》（Science Robotics）的封面。一支由韩国首尔国立大学（Seoul National University），葡萄牙的瑞比克夫-尼格勒基金会（The Rebikoff-NiggelerFoundation），以及美国的哈弗大学（Harvard University）的学者们组成的研究团队受到一种叫做“吞鰻”的鱼类的启示，结合折纸（origami）以及气动膨胀软体机器人提出了一种可以产生前所未有的极度变形软体机器人构造，他们称之为“双模”变形折纸构造。基于这种构造，研究团队制作了一系列的软体机器人，例如仿生吞鰻机器人，仿生触手，爬行机器人以及软体机器臂，展示了“双模”变形折纸构造潜在的运用代价。
作者：Riddick
登上《科学-机器人学》杂志封面的新型软体机器人技能
受到吞鰻启示的“双模”变形折纸构造
自然界海洋中有一种奇异的鱼类叫做“吞鰻”（别号阔嘴鳗，巨口鳗，Pelican eel，学名Eurypharynx pelecanoides），外不雅观看来便是一只再普通不过的鳗鱼，可以用“平平无奇”来形容，但是当它一张嘴，绝对能够让你惊叹不已。吞鰻的嘴巴可以扩展到吞下大于自己身体数倍的猎物。极度膨胀后的嘴巴圆圆的像气球一样平常，奇异中又带一点呆萌，这就要归功于鱼类嘴部分外的构造。
吞鰻的嘴巴
吞鰻嘴巴的变形动态图
研究者们基于这种变形模式提出了一种新的软体机器人折纸构造，这种构造首先会基于一个框架进行折纸展开，然后又进行拉伸膨胀，从而实现极度的形变。他们称这种构造为“双模”变形折纸构造（Dual-mode morphing origami）。和传统的折纸构造或者气动软体机器人比较，“双模”构造可以说是集成了两者的优点，按照特定的折纸构造实现由极小体积的初始状态到极度变形的终极状态的转变。
吞鰻嘴巴的变形剖析
下面先展示一些论文中的研究团队制作的软体机器人让大家一饱眼福（文末附有
仿生吞鰻机器人动态图
从无到有的隐蔽的捕手动态图
万能抓手抓取动态图
下面这幅图比拟了传统的“折纸构造”软体驱动器和“双模”变形折纸构造软体驱动器，不难创造，单单从驱动器转过的角度来看，双模变形构造产生的形变量足足是传统“折纸构造”软体驱动器的2.5倍。
传统折纸构造软体驱动器和“双模”变形构造的比较
基于三种折纸构造研发的“双模”变形构造
研究者基于三种非常范例的折纸(Origami)构造设计了“双模”变形构造，分别是：折纸鱼的构造（paper origami fish），三浦折纸构造（Miura origami）以及吉村落折纸构造（Yoshimura origami）。
研究者们在设计“双模”变形构造时，会设计一些分外的“软体骨架支撑”，软体骨架之间用高弹性硅胶薄膜连接（文末视频里末了有制作过程的展示）。通过这样的设计来实现有顺序的“双模”变形。当向“双模”变形构造内部充入流体后，随着压力的提升，构造会率先沿着设计者想要的折纸展开的方向发生形变，然后再连续增加压力从而全体构造产生拉伸膨胀。
下面随着
首先是基于折纸鱼构造的双模变形构造，研究者们利用这种构造制作了仿生的吞鰻：
基于折纸鱼的“双模”变形构造
折纸鱼构造动态图
另一种非常有名的折纸构造，三浦（Miura）折叠，广泛被运用于舆图和人造卫星上。研究者们利用这种构造制作了一个可以由扁平的折叠构造瞬间膨胀为大体积的波折构造。富有想象力的研究者们做了一个“沙地”隐形捕手，通过瞬间的变形捉住了一只正在通过的六足机器人，也正是这一场景被《科学-机器人学》杂志选中，刊出在了封面上。
基于三浦(Miura)型折纸的“双模”变形构造
三浦(Miura)型折纸构造动态图
双模三浦(Miura)型构造动态图展示
隐形抓手抓探员速移动机器人
末了一个展示的模型是基于吉村落折纸构造的“双模”变形构造。该构造可以由一个扁平的构造拉伸膨胀为一个圆柱状/球状的构造。研究者制作了一个通用的万能软体抓手，并且展示了极其多样的抓取性能。
基于吉村落(Yoshimura)型折纸的“双模”变形构造
吉村落Yoshimura型折纸构造动态图
万能软体抓手动态图
基于双模吉村落Yoshimura型构造的万能抓手
“双模”变形构造的总结与运用前景
“双模”变形模型还可以被运用于一些其他的场景中，除了之条件到的几个范例的例子，研究者还制作了一个可以爬行的软体机器人和一个像大白一样的可以“抱抱”的软体机器人，展示了“双模”构造的一些其他的可能运用。
爬行软体机器人动态图
大白“拥抱”机器人动态图
“双模”变形构造通过运用现存的两种变形机制，即展开和拉伸，实现了由小体积到极度体积的形变，这篇论文向我们证明了这种构造具有极强的自适应性，极大的体积变革率，以及比较快的相应速率。
研究者在论文中指出，除了在文中提到的三种折纸模式，他们的设计事理可能适用于更多的折纸构造，例如Kresling折纸（一种圆柱形到扁平型的折纸构造）或者有扭曲和径向运动的折纸魔术球构造。“双模”变形构造为材料架构，形状变形系统的研究中供应了一个新的平台，并且为研究制造仿生的变形机构，便携式软体机器人，生物医学设备，以及活性超材料供应了平台。
文末的视频：
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参考文献：
Kim, Woongbae, JunghwanByun, Jae-Kyeong Kim, Woo-Young Choi, Kirsten Jakobsen, Joachim Jakobsen,Dae-Young Lee, and Kyu-Jin Cho. "Bioinspired dual-morphing stretchableorigami." Science Robotics 4, no. 36 (2019).