摘要：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 origa

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。

*本文只做阅读笔记分享*

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。

五、研究成果与未来展望

今天介绍的这个双闭环折纸机器人系统，既环保又多功能。它用可生物降解材料制作自感知折纸机器人，能实现多种变形，增强了人机交互能力。不过，研究人员并没有满足于此，他们未来还打算从这几个方向继续探索：开发更强、更导电的可持续材料，让机器人更坚固，能适应复杂任务；研究大规模生产可持续材料的方法，降低对环境的影响；尝试新的驱动方式，让机器人动作更快、更精准。相信在他们的努力下，未来的机器人会越来越环保、越来越智能！

六、一起来做做题吧

1、在机器人的分类中，按照材料划分，通常分为哪两类？

A. 智能机器人和传统机器人

B. 刚性机器人和柔性机器人

C. 大型机器人和小型机器人

D. 工业机器人和家用机器人

2、在制备增塑纤维素薄膜的过程中，加入甘油的主要作用是什么？

A. 增加薄膜的硬度

B. 促进纤维素的溶解

C. 提高薄膜的柔韧性

D. 增强薄膜的抗菌性

3、在测试材料的生物降解性实验中，与增塑纤维素薄膜一同进行对比测试的材料不包括以下哪种？

A. 纸

B. 聚对苯二甲酸乙二酯（PET）

C. 聚乳酸（PLA）

D. 以上都不是

4、为了使折纸结构具备自感知能力，研究人员采用了以下哪种材料？

A. 聚二甲基硅氧烷

B. 盐注入的明胶有机凝胶

C. 液晶弹性体

D. 以上都不对

5、在闭环软机器人系统中，用于人机交互的摇杆是由什么构建的？

A. 单个自感知折纸模块

B. 多个刚性塑料模块

C. 普通金属材料

D. 不可降解的橡胶材料

参考文献：

Pingdong Wei et al. Biodegradable origami enables closed-loop sustainable robotic systems. Sci. Adv.11, eads0217(2025).

来源：知识泥土六二三