文章核心观点 - 韩国首尔大学研究团队受折纸技艺启发，开发出一种名为“折叠卷绕式波纹（FoRoGated）”的新型可伸缩结构，该结构通过“折纸”与“编织”相结合的设计，解决了传统可伸缩机构在紧凑存储与高承载、高刚度之间难以兼顾的核心矛盾，并在紧凑型作业机器人和大型可展开3D打印机器人等应用中展示了巨大潜力 [4][9][22] 技术背景与行业痛点 - 机器人技术在仓储、救援、太空探索等场景中，普遍面临可伸缩机构需同时满足“装得下”（紧凑存储）和“扛得住”（高承载、抗弯曲）的核心需求 [5] - 传统可伸缩机构（如可存储管状伸缩构件STEM、三角形可伸缩折叠TRAC臂）采用卷绕式设计，存在固有缺陷：层数增加会因内外层周长差导致内层屈曲，限制承载能力；且刚度和存储尺寸高度绑定，难以兼顾高刚度与紧凑性 [6][9] - 例如，TRAC臂的刚度是STEM的30倍，但所需轮毂半径是STEM的7.6倍 [9] FoRoGated结构的技术原理 - 结构灵感来源于折纸，利用密集的平行折痕作为“旋转关节”，使相邻刚性面片相互约束支撑以获得高承载能力 [10] - 创新性地引入“编织”思路，使用柔性带状材料将多条平行刚性条带交错连接，实现了“折叠”与“滑动”的解耦：折叠时通过丝带弯曲实现灵活动作，卷绕时条带可在丝带间隙中平滑滑动以抵消周长差，同时保持条带间的密集约束以维持整体稳固 [12] - 驱动系统简洁，通常仅需一个电机驱动轮毂正反转，配合被动式的形状保持单元，即可高效完成伸展与回收 [14] FoRoGated结构的性能优势 - 可扩展性：结构的弯曲刚度和临界承载弯矩随条带数量增加而近似线性增长，可通过增加条带数量显著提升机构“力量” [19] - 方向性：结构在不同方向上刚度和强度不同，沿波纹方向（+X方向）通常最强；随着条带数量增加，各方向强度趋于均衡，能适应更复杂受力 [19] - 与传统结构对比优势显著：在相同轮毂尺寸下，双条带FoRoGated结构的主方向弯曲刚度是TRAC臂的1.55倍，临界弯矩（强度）是TRAC臂的3倍以上；四条带时，刚度提升至3.27倍，强度提升至6.07倍；六条带时，刚度提升至4.99倍，强度提升至惊人的9.10倍 [21] - 在非主方向上，其多层交织设计优势更明显，强度远超传统结构 [21] 应用场景展示 - 紧凑型货架作业机器人：底盘大小与扫地机器人相仿，核心是一个由四条钢带构成的FoRoGated结构，卷绕在半径仅50毫米、高19毫米的小轮毂中；结构可展开形成最长1.6米的机械臂（伸展率达502%），并在完全水平伸展状态下，末端能稳稳抓取并承载0.5公斤重物，可完成够取货架物品、按电梯按钮等任务 [23] - 可展开式移动3D打印机器人：系统由三条大型FoRoGated可伸缩机构（每条由更宽厚的四条钢带制成，卷绕在半径100毫米轮毂上）构成四面体框架的三条棱边；移动时收缩为高0.73米的三角形柱体，到达位置后同步展开，撑起高3.43米的四面体框架；框架顶端承载12.5公斤的缆绳驱动并联3D打印系统，成功打印出高达2.5米的塔状结构，重复定位精度达±0.6毫米，证明了其提供稳定、精确支撑的能力 [28][32]