当你看到这个机械臂灵活扭动，自如地完成伸缩和各个方向的弯曲动作，你一定会觉得它是用某种高科技材料制成的。但让人惊讶的是，这个机械臂的主要材料居然是——纸！
准确地说，是经过特殊处理的
纤维素薄膜
。更令人惊讶的是，这个机器人用完后直接放进土里，
8周时间就能降解98%以上
。这项突破性成果日前发表在机器人领域顶刊
《Science Advances》
上。
你可别小看这项研究，事实上，团队通过将可生物降解纤维素薄膜与可变形折纸技术结合，
提出了一种构筑可持续和可生物降解的模块化自感知折纸机器人的新方法
。这种方法可以
为高塑性材料和软体机器人应用场景之间架起一座桥梁，有望进一步推动高强度塑性材料在软体机器人领域的应用。
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为什么这个突破如此重要？
近年来，
软体机器人
因为其出色的柔性和顺应性，在人机交互领域获得了广泛关注。但这个领域长期存在一个难解的困境：主流的
橡胶类软材料
虽然性能优异，却带来了严重的环保问题。
这些材料在制造过程中需要使用对环境有害的
有机溶剂
，最终产物还难以降解。简单来说，要么污染环境，要么产生难以处理的废弃物，这对机器人领域的可持续发展形成了重大制约。
一些研究者曾尝试用
可降解凝胶
来解决这个问题。但结果往往不尽如人意：要么机器人只能完成最基础的动作，要么性能太差，距离实际应用还有很大差距。
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创新突破：折纸艺术遇上生物材料
西湖大学的研究团队这次走出了一条创新路径：他们选择了可生物降解的纤维素薄膜作为基础材料，将这种环保材料与精密的折纸技术结合，还巧妙地加入了同样可降解的
明胶离子凝胶
。
最关键的是，整个制备过程只需要
水系溶剂
，完全不使用任何对环境有害的有机溶剂。这意味着，从材料制备到最终降解，整个生命周期都对环境友好。
如图所示，可持续折纸机器人模块由甘油增塑的纤维素薄膜、3D打印固定板以及明胶基离子凝胶传感器组成。
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关键技术：甘油让纤维素“活”起来
这个可降解机器人的核心突破在于材料创新。研究团队在纤维素薄膜中引入了一个看似普通却作用非凡的物质——
甘油
。这个无毒的增塑剂在微观层面产生了奇妙的效果。
具体来说，当甘油被引入纤维素薄膜后，会与纤维素分子链形成强烈的
氢键相互作用
。这种作用抑制了纤维素水凝胶在干燥过程中分子链的重结晶，有效软化了纤维素薄膜的物理交联网络。
▲ 纤维素薄膜增塑效应评价
数据显示，这种改良后的材料性能令人惊喜：断裂能较增塑前提升超过70%，拉伸应变明显变大（~43%）。
虽然增塑后的纤维素膜相较初始纤维素膜具有相对较低的杨氏模量（~0.9 GPa）和拉伸强度（~48 MPa），但
获得了显著的塑性
，这正是制作折纸机器人所需要的关键特性。理论计算表明，虽然甘油的引入对纤维素-纤维素之间的氢键数量影响不大，但降低了氢键相互作用的强度，这就是材料获得新性能的微观机制。
▲纤维素薄膜增塑前后力学性能与相互作用
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智能感知：不止会动，还会“思考”
将这种改良后的纤维素薄膜按照Kresling折纸图案制作成模块，展现出了惊人的性能稳定性：在压缩模式下
循环加载/卸载100次，依然能保持初始形状和稳定的力学响应
。这个特性为其作为
驱动器
奠定了基础。
▲纤维素折纸单元的力学性能
但真正让这个折纸机器人与众不同的是它的"感知"能力。研究团队在每个折纸模块内都巧妙地植入了
三组明胶离子凝胶传感器
。当折纸模块发生压缩时，这些传感器会产生弯曲变形，导致电阻发生变化。
通过精确标定电阻变化和折纸位移的对应关系，研究团队实现了自传感折纸机器人模块的构筑。
▲自感知折纸单元的传感性能
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完整系统：从单模块到智能机械臂
得益于Kresling折纸单元的模块化设计，研究团队成功将多个折纸模块串联组装，打造出了一个完整的
绳驱动折纸机械臂系统
。这个系统不仅能完成基础的伸缩动作，更能实现
全方位的弯曲运动
，动作灵活程度堪比生物软体。
更令人惊叹的是系统的
闭环控制能力
。当操作者对折纸单元进行不同位置的按压时，内部的三组传感器会产生独特的电阻变化模式。这些信号经过处理后被用来控制电机，进而精确驱动机械臂运动。
在机械臂本体上，研究团队部署了
4节折纸模块
，每个模块内部都有三组传感器实时监测运动状态。这种设计让同样的模块单元在系统中实现了
双重功能
：既可以作为人机交互的控制界面，又能作为执行机构完成具体动作。
▲ 驱动-传感-交互闭环控制机器人系统构建
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未来展望：绿色机器人新范式
西湖大学这项研究的重要性远不止于解决了环保问题。它开创了一个新颖的可持续机器人发展范式：用生物可降解材料，通过巧妙的结构设计，也能实现高性能的机器人功能。
团队对这种纤维素折纸进行了详细的
生命周期评价
。结果显示，这种材料不仅具有优异的生物降解性和生物相容性，其制备工艺的环境影响也保持在较低水平。研究团队指出，如果未来能引入可再生能源，开发规模化生产工艺，环境影响还可以进一步降低。
▲ 生物降解性与可持续性评估
从某种意义上说，这项研究或许预示着机器人技术发展的一种新可能：未来的机器人不仅要能高效工作，还要能与环境和谐共处。当它完成使命后，能够安静地回归自然，不给地球留下环境负担。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads0217
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