核心观点 - 南丹麦大学软体机器人实验室研究团队开发出基于剪纸原理的充气式软体爬行机器人，为软体机器人设计开辟新思路 [1][3] - 该机器人由柔性纺织材料制成，通过剪纸图案设计和气动控制实现类似蛇类的多种运动模式，能在复杂地形自如爬行 [3] - 研究将剪纸超材料概念引入充气式软体执行器设计，通过交错线性切割图案实现均匀可控变形 [5][7] - 模块化设计和多通道控制使机器人实现多样化运动模式，包括直线爬行、蛇形运动和转向控制 [11][13] - 机器人在各种真实场景测试中展示出色适应能力，最高速度达8.7 mm/s，能攀爬20度斜坡并通过复杂地形 [15][17] - 该技术展示了古老艺术与现代工程结合的可能性，为软体机器人、可展开结构、智能材料和仿生系统提供新设计范式 [19] 技术原理 - 充气到100 kPa压力时切口边缘重叠，产生32%均匀收缩，是普通气囊的两倍 [7] - 低压阶段(0-40 kPa)收缩速率快，高压阶段(>40 kPa)通过局部旋转和重叠自组装导致刚度增加 [9] - 切口协调变形形成类似鳞片特征，产生方向性各向异性摩擦特性(向后摩擦系数是向前两倍) [9] - 双通道剪纸执行器设计：两通道同时充气产生轴向收缩，单通道充气实现转向 [11] - 三模块六通道机器人通过充气序列控制实现多种运动模式 [11] 性能表现 - 单通道执行器在不同表面速度：1.3 mm/s(细孔泡沫)、4.8 mm/s(中孔泡沫)、6.0 mm/s(粗孔泡沫) [15] - 双通道设计速度提升至：1.6 mm/s(细孔)、5.5 mm/s(中孔)、8.7 mm/s(粗孔) [15] - 能适应多种地形：沥青路面、金属格栅、7度和20度斜坡、带缝隙混凝土路面 [17] - 三模块机器人完成S形路径绕过障碍物用时19分钟 [17] 应用前景 - 适用于搜救任务、管道检查、环境监测等非结构化环境 [16] - 目前设计需外部气源支持，但微型气泵和低功耗电磁阀为未来无系留设计奠定基础 [19] - 模块数量增加带来的控制复杂性可通过气动多路复用和分层控制策略解决 [19]