一个电路板、加一个马达，就能搞出一个四足机器人？
当然可以！
俗话说大道至简，真正的高手都善于将复杂的问题简单化，这个机器人就是如此：
不仅制作过程So easy! 还能实现自动爬行和转向。
它的名字叫做CurveQuad，由美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发，利用弧形折纸的原理，仅用单个马达实现机器人的自我折叠、向前行走、主动调整方向等多种复杂功能！
这种方法大大简化了开发过程，很适合大规模的机器人“套娃”制造！
除此之外，机器人还能群体出动！四个机器人同时从不同的位置和姿势转向，最终聚集在一起。
▍板材+马达，到底是怎么走路的？
如此“极简风”的机器人，到底是怎么走路的？
注意看，机器人底部的矩形板材不断地合拢、展开，板材的四个角在这个过程中充当了机器人的四只脚。
扭来扭去、走起来的样子憨态可掬。
它使用的是一种柔性板材，而弯曲和展开主要依赖于两侧的曲线折痕：
折痕下端是一个围绕其中心旋转的刚性连杆，两边由肌腱连接板材，当连杆旋转时，就会向内拉或向外释放每侧的折痕。
在一定角度下，内折痕形成山折（折痕朝外），外折痕形成谷折（折痕朝内），身体一旦弯曲，机器人就能站起来，连杆继续旋转，质心发生位移，机器人就会整体向左或向右倾斜， 从而也左右脚之间产生差动摩擦。
当连杆振荡时， 机器人的后脚会根据连杆的方向交替滑动和粘住， 从而使机器人在向左或向右转弯的同时向前移动。将连杆旋转回其起始方向，会使机器人展开回其平面状态。
折痕的形状是经过精心设计的，与常用的直线折痕设计相比，曲线折痕的机械性能更强，因为它会引起折叠片材的弯曲并存储，从而使用更少的执行器实现受控、可逆和复杂的运动。
除此之外，折痕的宽度、角度等也很有讲究。比如：外折痕的两端与板材边角之间的空间，其实就是“脚”的大小，这个必须足够宽，才能作用于地面、产生一定的摩擦力。
▍麻雀虽小，五脏俱全
接下来，就要弄清楚机器人是怎么自主运动的。
本质上讲，机器人的爬行其实就是顺时针、逆时针的一对伺服角度之间的交替，通过改变这两个步态参数，就能控制机器人产生不同的运动轨迹和转向。
基于此，研究人员进行了一组实验，对于每种步态进行3次试验，每次试验9个周期，并在OptiTrack运动捕捉系统中测量机器人的结果轨迹。
在掌握了机器人最主要的两个变量参数后，研究人员设计了反馈控制系统：机器人通过马达下面的柔性印刷电路板进行控制，麻雀虽小，五脏俱全，一片薄薄的电路板包括：(a)拨动开关，(b)环境光传感器 (c)电阻器，(d)电容器，(e) LED，(F)稳压器，(g)电池， (h)伺服机构，(i)微控制器。
其中，光传感器作为输入来源，微控制器将机器人所需的状态转换为脉宽调制(PWM)信号， 发送给伺服电机。
为了演示机器人的自主行走和转向，研究人员在黑盒子的一侧放置了光源，将机器人分次放置在不同的起始位置和方向上。
实验结果表明，机器人反复转向光源方向，直到它正对光源，然后向前前进。
▍设计简单，可批量生产，还能群体作战
这项研究发表在期IEEE/RSJ 国际智能机器人和系统会议论文集中。美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员在2023 年 IEEE/RSJ 国际智能机器人和系统会议 (IROS 2023) 上展示了他们的研究成果，标题为“CurveQuad: A Centimeter-Scale Origami Quadruped that Leverages Curved Creases to Self-Fold and Crawl with One Motor（CurveQuad：厘米级折纸四足动物，利用弯曲折痕通过一个电机进行自折叠和爬行）”
CurveQuad的宽度为80毫米， 重量为10.8克，对于一个基于马达的行走机器人来说，它相当轻巧。
不过说到四足机器人，我们第一个会想到那些拥有酷炫技能的机器狗，能跑、能跳、还能翻跟头。相比之下，这个小小的机器人有什么作用呢？
其实，设计具有复杂功能的机器人需要在多个设计目标之间进行权衡，如爬行步态的复杂性、设计的复杂性、装配的复杂性、机器人的稳健性和功耗等等。这些通常需要在多个自由度上使用执行器来实现复杂的运动步态，这会降低机器人的灵活性并增加尺寸和重量。
而CurveQuad的最大优势就是简单，一个马达、一个电路板、加四条折痕，设计简单、制造简单，制作成本也很低，可以短时间内大规模制造，具有探索杂乱、狭窄空间的能力。
同时，研究人员也展示了CurveQuad群体作战的潜力，他们制作了四个CurveQuad机器人，将其分别放置在不同的位置、方向，结果表明机器人可以转向同一个方向，最终汇聚到一起。
除此之外，这种折纸原理也可以轻易扩展成其他类型的机器人，拥有更多的能力，比如飞行、游泳、跳跃等等。
如果给你一个马达和一个电路板，请打开脑洞，想想还有哪些更有意思的机器人设计？
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