國防科大造了個紙片機器人，登上Nature子刊

1.2克重，能爬坡會游泳！

作者 |葛文婷

編輯 |漠影

機器人前瞻3月24日報道，近日，國防科技大學團隊在《Nature》子刊《Microsystems & Nanoengineering》上發表了一項關于PLioBot微型機器人的研究成果。

這款新型平行腿昆蟲級折紙機器人PLioBot，體量僅1.2克(約等于一枚回形針的重量)。它采用集成折紙機制，將所有致動器與結構融為一體，可通過改進的層壓工藝輕松制造，無需繁瑣組裝。

它能鉆進極窄的縫隙，攀爬12°的斜坡，扛起1.4克的額外負載；在隧道、L形彎道、沙地草地石頭路面等復雜地形中靈活穿行；甚至能在魚缸底部“潛水”，在水面上游泳。

這些能力讓它有望在災害救援中探尋被困人員位置，或深入封閉環境執行勘探任務。

此外，它能以每秒60次的頻率達到最大44.6厘米/秒的速度，并可以在運動中絲滑調整姿態，包括向前、向后和旋轉等，這相當于一秒沖出近18倍身長的距離。

對行業而言，PLioBot展示的集成折紙機制與增強層壓工藝，為昆蟲級微型機器人的設計和無組裝制造提供了一條新思路。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41378-026-01205-4

01.

PLioBot首創驅動+結構一體化折紙設計

為厘米級昆蟲機器人量產開辟新路徑

厘米級、輕量化的微型機器人，可大規模部署、低成本使用，在災后搜救、工業檢測、密閉空間探查等場景極具價值。但傳統微型機器人普遍存在組裝復雜、結構與驅動分離、環境適應性弱等問題，難以真正落地。

而PLioBot 的出現，正是為了解決這些痛點，它具備三大核心特征：

• 驅動與結構一體化，具備無需組裝、可復制性強的全集成折紙結構；

• 速度快、轉向靈、越障穩的運動能力；

• 擁有適應草地、斜坡、沙石、水下等多個應用場景的高環境適應性和全地形適應能力。

PLioBot所表現出的創新性，也為微型機器人行業的制造工藝、結構設計、建模優化三方面提供了新思路：

1、對微型機器人的制造工藝來說

PLioBot長寬為2.5cm，高2.7cm， 由機器人本體、4 個組合壓電致動器、4 組平行腿機構組成。

它的四條平行腿就像昆蟲的高效步足，依靠壓電材料快速振動驅動，實現穩定爬行與靈活轉向。

為了適應水陸不同環境，團隊還為它設計了兩種 “鞋子”，分別為抓地更強，適合陸地、斜坡、粗糙路面的半球形腳墊和適合水面游泳、水底潛行的鰭狀腳蹼。

這使得PLioBot機器人不管是在干燥的陸地上還是潮濕的水下，都能完成勘探任務。

此外，該團隊還設計了一體化折紙 + 層壓工藝，讓結構和驅動一次成型。

這種制造工藝可大幅降低制造難度，有效解決傳統微型機器人需要大量手工組裝，效率低、一致性差等痛點，為昆蟲級機器人量產開辟新路。

2、對結構設計來說

普通機器人像拼模型，要把驅動（電機）、機身、腿這些零件一個個造出來，再手工組裝起來。

而PLioBot換了個思路。它把機器人的機身、腿、驅動、鉸鏈等所有部件都打包進一套集成折紙結構的薄片圖紙里，使用者可以像折千紙鶴一樣，沿著預設折痕折疊，便能讓一個二維薄片直接折成完整的三維可動機器人，全程不用額外拼接。

折疊之后，驅動本身就成了結構，結構本身也自帶驅動，它們不再需要分開造、分開裝。

這種設計不僅省去了復雜的手工組裝，讓零件數量大幅減少，還能讓裝配誤差幾乎為零，穩定性更高。其柔性鉸鏈部位經過專門優化，既柔軟可折，又堅固耐用，可保證機器人反復運動也不易損壞，在微小的尺寸下還能跑得很快、很靈活。

▲PLioBot的結構設計及驅動原理

▲PLioBot的柔性鉸鏈

3、在建模與優化層面

團隊對平行腿機構做了精細的運動學分析，像給機器人做步態體檢一樣，模擬每一次抬腿、邁步、落地的姿態，找到最省力、最穩定、最快的運動模式。

通過不斷優化腿長、角度、鉸鏈位置、驅動頻率，讓 PLioBot 在小體積、輕重量的前提下，實現速度、負載、越障能力三者兼顧，最終達到每秒 44 厘米的頂尖水平。

02.

PLioBot由多種關鍵材料構成

PLioBot 由玻璃纖維、碳纖維預浸料、聚酰亞胺（PI）膜、壓電陶瓷四種關鍵材料共同構成。

這些材料各司其職。例如，玻璃纖維用于增強機械結構的剛性；碳纖維預浸料作為粘合材料，增強機器人鏈條的剛度等。

無裝配的制造工藝過程可以分為三個不同的步驟：多材料激光加工、集成層壓和固化，以及集成激光釋放。

制造過程采用改進層壓工藝，把多層材料一次性貼合、成型，再通過折紙變成機器人，真正實現無組裝制造。

研究顯示，只要電池與電路總重控制在0.8 克以內，它就可以跑得又快又穩。

03.

與美國HAMR和CLARI同臺比拼

優勢明顯

目前全球最具代表性的昆蟲級機器人，主要是美國的HAMR和CLARI。

▲哈佛大學團隊打造的四足小強機器人HAMR

HAMR是由哈佛大學團隊打造的四足小強機器人。它仿照蟑螂設計，但重量只有蟑螂的十分之一。它重僅約0.3克、長2.25厘米，最大速度可以達到44.2厘米/秒（10.1 BL/秒），步頻最高可達到200Hz。

▲微型變形機器人CLARI

CLARI是美國科羅拉多大學博爾德分校工程師團隊打造的微型變形機器人，外形似蜘蛛，當周圍環境變得狹窄時，CLARI可以從正方形（34毫米寬）壓成細長形（21毫米寬），以便通過狹窄的間隙。

PLioBot 與這些現有的典型壓電微機器人相比優勢明顯，主要體現在速度、環境適應性和結構設計三點：

第一，PLioBot速度更快。PLioBot實現了更高的最大速度為17.84 BL/s，是HAMR 16 的1.77倍，CLARI 的 20 倍。

第二，PLioBot環境適應性更強。大多數現有的微壓電機器人無法在復雜、非結構化環境中運行。而PLioBot卻可以在多種類型的環境中顯示出顯著的優勢，包括但不限于能在沙質環境中移動而不會下沉、能在攜帶 1.4 g 有效載荷的情況下通過L形彎道等。

第三，PLioBot結構設計和工程經驗富有創新性。PLioBot的集成折紙機構設計和無裝配制造過程可以為其他微型機器人的開發提供有價值的結構設計和工程經驗。

04.

結語：微型機器人邁入無組裝新時代

PLioBot 可以以 1.2 克的極致體重，完成爬坡、越障、潛行、高速奔跑等一系列高難度動作。它的問世為災害搜救、密閉空間勘探、工業內窺檢測等場景提供了全新解決方案。

國防科大團隊表示，PLioBot機器人驗證了一體化折紙 + 層壓工藝的可行性，它的集成折紙機構設計和無裝配制造過程，未來可直接復用到更多微型機器人上，推動整個領域快速發展。

然而，由于外部電源的限制，PLiOBot目前的實現還需依賴于有線連接，這在一定程度上限制了PLiOBot的實際適用性。未來，團隊需要把工作重點集中于微尺度高壓集成電路的開發及其與機器人的集成上，努力實現機器人的無線自主作業，讓PLioBot真正擺脫線纜束縛，走向真實戰場與救援現場。