国防科大团队创新折纸工艺，打造1.2克微型机器人，具备多地形移动能力
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国防科大团队创新折纸工艺，打造1.2克微型机器人，具备多地形移动能力
国防科技大学的研究团队于3月12日在《自然》旗下期刊《微系统与纳米工程》（Microsystems & Nanoengineering）发表了关于微型机器人制造的重要研究成果。这项研究介绍了一款名为PLioBot的并联腿昆虫级微型机器人，其重量仅有1.2克，轻于一枚一元硬币，却具备在草地、沙地、碎石堆等多种复杂地形中自由移动的能力。该机器人不仅能以负重1.4克的载荷穿越L形弯道，还展现出水下作业的潜力。
PLioBot的制造方式突破了传统微型机器人依赖逐个零件加工再组装的工艺流程。研究团队采用五层复合材料，包括压电陶瓷驱动元件、碳纤维预浸料结构骨架及聚酰亚胺柔性薄膜关节。通过高精度飞秒激光切割出78个铰链和精密槽口，随后经过层压、热固化和折叠工艺，将二维材料直接转化为三维机器人形态。这一方法实现了驱动与结构的一体化集成，无需传统组装或对准步骤。
PLioBot配备了四条并联腿结构，每条腿由两个独立的压电陶瓷驱动器控制。通过调节驱动信号的相位差，足端能绘制出椭圆轨迹，从而实现小步快跑的运动方式。实验表明，当驱动频率达到60赫兹、相位差设定为100度时，机器人进入共振状态，移动速度可达到每秒44.6厘米，相当于每秒行进17.8倍于其身长的距离。
通过调整驱动信号，PLioBot能够实现后退、左转和右转等方向控制。测试结果显示，该机器人在玻璃、亚克力、海绵等不同粗糙度的表面上均能稳定移动，可爬升最大12度的斜坡。在背负1.4克载荷的情况下，PLioBot仍能以每秒8.56厘米的速度穿过16厘米长、3厘米宽的隧道，并连续完成L形弯道的穿越。
为了增强适应性，研究团队为PLioBot配置了可替换的脚垫模块。在碎石和鹅卵石地形中，半球形脚垫表现出良好抓地力；而在水下作业场景下，鳍状脚垫则有助于其在7厘米水深的环境中爬行，或在水面划动。
目前，PLioBot仍依赖外部电源供电，主要受限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实现。研究团队下一步的重点是开发微型高压集成电路，以支持机器人的无线自主运行。根据论文中提供的速度与负载关系曲线，若要保持当前运动性能，无线模块和电池的总重量需控制在0.8克以内。
研究人员指出，PLioBot在结构设计、制造工艺和折纸成型技术方面的创新，有望为昆虫级微型机器人的进一步发展提供新思路。
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