国防科大团队创新折纸工艺，开发出1.2克级多地形微型机器人
感知中国
国防科大团队创新折纸工艺，开发出1.2克级多地形微型机器人
近日，国防科技大学研究团队在国际知名期刊《微系统与纳米工程》（Microsystems & Nanoengineering）发表了一项突破性研究，介绍了一款重量仅为1.2克的微型机器人PLioBot。该机器人不仅具备在复杂地形中移动的能力，还能穿越L形弯道并实现水下活动。
PLioBot属于昆虫级别（insect-scale）的微型机器人，能够在草地、沙地、石堆等多种非结构化环境中稳定运行。其最大负载能力达到1.4克，并成功通过了长16厘米、宽3厘米的狭窄隧道测试，展现了优异的通过性能。
这项研究的亮点在于其创新的制造工艺。与传统微型机器人分体加工后再组装的方式不同，PLioBot采用五层复合材料结构，其中压电陶瓷作为驱动元件，碳纤维预浸料作为结构骨架，聚酰亚胺薄膜作为柔性关节。通过飞秒激光切割技术，研究人员在二维材料上精确加工出78个铰链和槽口，并经过层压、加热固化与折叠工艺，最终形成三维结构。这一“折纸成型”方法实现了驱动与结构的一体化集成，省去了繁琐的组装过程。
PLioBot的四条腿采用并联腿（parallel-legged）设计，每条腿由两个独立的压电陶瓷驱动。通过调节驱动信号的相位差，足端可描绘出椭圆轨迹，从而实现类似昆虫的小跑步态。当驱动频率达到60赫兹且相位差为100度时，机器人进入共振状态，最大移动速度可达每秒44.6厘米，相当于每秒行进17.8倍于自身长度。
通过调整驱动信号，机器人可实现后退、左转与右转等方向控制。实验显示，PLioBot在玻璃、亚克力、海绵等不同粗糙度的表面上均能稳定移动，并能克服最大12度的斜坡。在负载1.4克的前提下，其仍能以每秒8.56厘米的速度穿越隧道并完成连续L形弯道的行进。
研究人员还为PLioBot配备了可替换的脚垫，以适应不同环境的需求。半球形脚垫适合碎石与鹅卵石路面，而鳍状脚垫则增强了机器人在水下的运动能力，使其能够在7厘米深的水底爬行或于水面划动。
目前，该机器人仍依赖外接电源供电，主要原因在于其驱动所需的高电压尚未能通过微型电池与升压电路集成。研究团队表示，下一步将重点开发微型高压集成电路，以实现无线自主运行。根据论文提供的速度-负载曲线分析，若要保持现有运动性能，无线模块与电池的总重量需控制在0.8克以内。
研究团队认为，PLioBot的结构设计、制造工艺以及折纸成型方法，为昆虫级机器人的开发提供了新的技术路径，有望在环境监测、搜索救援、微型物流等领域实现广泛应用。
论文全文可通过以下链接访问：
https://doi.org/10.1038/s41378-026-01205-4
查看全文
评论0条评论