受折纸艺术的启发，北卡罗来纳州立大学的工程师们发现了一种方法，只需三个主动马达，就能让一个塑料立方体结构变成1,000多种形状。这一发现可能为变形人工系统铺平道路，这种系统可以承担多种功能，甚至可以承载负载——例如用于太空的多功能机器人结构。

“我们要问的问题是如何用最少的执行器来实现多种多样的形状，”机械和航空航天工程副教授、这项研究的论文共同通讯作者尹杰说。“在这里，我们使用了自然界中观察到的分层概念——比如分层的肌肉纤维——但用塑料立方体来创造一个变形机器人。”

北卡罗来纳州立大学的研究人员使用3D打印机组装了空心塑料立方体，并将其中36个用旋转铰链组装在一起;一些铰链用金属销固定，而另一些则通过电机启动。

研究人员仅使用三个主动马达就能将立方体移动成1,000多种形状。这些形状包括隧道状结构、桥梁状结构，甚至多层建筑。

这些不受束缚的变形机器人无需双脚，只需控制结构形状的变化即可向前、向后和向侧面移动。这些机器人还可以相对快速地从平面(完全打开)变成盒状的较大立方体(完全闭合)。这些机器人还可以承载约三倍于自身重量的负载。

基于分层折纸的形状变形超结构设计。图片来源：NatureCommunications(2024)。DOI：10.1038/s41467-024-50497-5

接下来，研究人员将尝试让变形机器人变得更好。

“我们希望制造出一种更坚固的结构，能够承受更大的负载，”北卡罗来纳州立大学博士后研究员、论文共同通讯作者YanbinLi说道。“例如，如果我们想要汽车形状，我们如何设计第一个可以变成汽车形状的结构?我们还想用太空机器人等现实世界的应用来测试我们的结构。”

“我们认为它们可以用作可部署、可配置的太空机器人和栖息地，”北卡罗来纳州立大学博士后研究员、论文共同第一作者安东尼奥·迪拉洛(AntonioDiLallo)表示。“它是模块化的，所以你可以把它平放在太空中，组装成一个庇护所或栖息地，然后再拆开。”

“对于用户来说，它需要易于组装和控制，”尹说。

机械与航空航天工程副教授苏浩是该论文的共同通讯作者。北卡罗来纳州立大学博士生朱俊熙和北卡罗来纳州立大学前博士生池银鼎也是该论文的共同作者。