大家好！在科技飞速发展的当下，机器人已经成为我们生活和工作中的得力助手。不过，你有没有想过，这些机器人在给我们带来便利的同时，也在产生大量难以降解的垃圾，对环境造成不小的负担呢？今天，咱们就一起了解一种神奇机器人系统——《Biodegradable origami enables closed-loop sustainable robotic systems》发表于《SCIENCE ADVANCES》，看看它是如何解决这个问题的，这就是可生物降解折纸实现的闭环可持续机器人系统。
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一、机器人发展困境与新材料探索
机器人能模仿人类或其他生物的功能，实现智能行动，根据材料不同分为刚性和柔性机器人。刚性机器人在制造业表现出色，柔性机器人在人机交互方面独具优势。但目前柔性机器人常用的合成橡胶材料存在可持续性问题，生产过程有毒，产品难以降解。虽然也有可回收或可降解凝胶用于柔性机器人，但性能不佳。所以，寻找更稳定、可持续的材料和创新设计方法迫在眉睫。
二、双闭环机器人系统大揭秘
为了解决这些问题，研究团队开发了一种双闭环机器人系统。这个系统就像一个神奇的生态小循环，使用的材料是可生物降解的，比如增塑纤维素薄膜和NaCl注入的离子导电明胶有机凝胶。这些材料从加工到降解，形成一个闭环生态循环，就像大自然中的四季更替一样，周而复始。同时，基于折纸技术的自感知机器人，还支持无缝的人机协同远程操作系统。
它的原理是这样的，看这张概念图，纤维素从棉花中提取，溶解在NaOH/尿素溶剂里，再经过一系列处理制成增塑纤维素薄膜，这就是机器人结构的基础；明胶等原料制成离子导电明胶溶液，涂在薄膜上作为传感层。使用后，这些材料能在污水、土壤等环境中降解，为新的植物和动物生长提供养分，完成生态闭环。
三、关键材料性能解析
（一）可持续且强韧的纤维素薄膜
先来说说纤维素薄膜。它是用棉花纤维素溶解在特定溶剂里，再经过再生、干燥等步骤制成的。为了让它更有韧性，还加了甘油进行增塑。从这张土壤降解测试图能看到，和常用的折纸材料纸、PET比起来，增塑纤维素薄膜降解速度快多了，8周后重量能减少98.8%，而PET几乎没变化。
再看这张生命周期评估图，纤维素薄膜在全球变暖潜势等指标上，和其他纤维素薄膜、传统塑料薄膜比各有优劣，但在生物降解性、生物相容性和可持续性方面优势明显。
而且，甘油和纤维素链形成的氢键，让薄膜柔韧性更好，这从红外光谱和X射线衍射图就能看出来。
（二）稳定可靠的折纸结构
有了好材料，折纸结构也很重要。测试发现，增塑纤维素薄膜的韧性比原始薄膜高70%，拉伸强度和弹性模量虽然降低了，但断裂伸长率大幅增加，变得更有弹性。从拉伸应力-应变曲线和撕裂测试图就能清楚看到这些变化。
用这种薄膜制作的Kresling折纸结构，在压缩测试中表现超棒（展示图3D-H），多次压缩-释放循环后结构依然完好，有限元分析也显示应变主要集中在折痕处，很适合用于软机器人。
（三）自感知折纸结构
为了让折纸结构能自己感知外界变化，研究人员制作了盐注入的明胶有机凝胶传感器。这种凝胶拉伸性超强，能达到600%以上的应变，机械稳定性也很好，经过200多次100%应变的加载-卸载循环都没问题。把它涂在纤维素薄膜上制成传感器，在弯曲变形时，电阻变化稳定，能精准感知位移和弯曲方向，和Kresling折纸结合后，就形成了稳定可靠的自感知折纸模块。
四、闭环软机器人系统的神奇应用
把这些自感知折纸模块组合起来，就能构建出一个超厉害的闭环软机器人系统。它可以当控制接口，像摇杆一样，也能当操作设备，比如机器人手臂。操作人员挤压摇杆，摇杆把信号传给机器人手臂，手臂就能做出各种动作，同时手臂上的传感器又能把信息反馈给操作人员，实现无缝的人机交互和远程操作。从这张图能看到，通过挤压摇杆不同位置，能产生不同的信号，精确控制机器人手臂弯曲、收缩等动作。
