MOSS: Multimodal Origami Swamp Robot System

📄 arXiv: 2610.23813v1 📥 PDF

作者: T. Lan, A. Babgei, L. Romanello, M. Kovac, S. F. Armanini

分类: cs.RO

发布日期: 2026-10-16

备注: 8 pages, 8 figures, submitted to ICRA 2027

💡 一句话要点

提出MOSS以解决湿地监测中的多样化地形适应问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)

关键词: 多模态机器人 折纸设计 湿地监测 地形适应 两栖机器人 生态调查 运输成本优化

📋 核心要点

  1. 现有的机器人系统在湿地和沼泽环境中面临多样化地形适应的挑战，传统轮子无法有效应对不同地面条件。
  2. MOSS通过采用可变几何的折纸轮设计，能够根据地形变化自动调整轮子的形状和配置，提高了在不同地面上的运动效率。
  3. 实验结果显示，MOSS在不同地形上的运输成本降低了29%，并成功实现了在土壤、泥土和水之间的连续运动过渡。

📝 摘要（中文）

针对湿地和沼泽环境监测的机器人系统，传统的固定几何轮无法适应多变的地面条件。本文提出了MOSS（多模态折纸沼泽机器人系统），该系统采用3D打印的折纸轮，具备紧凑的两栖平台。通过紧凑的曲柄机制，轮子可以在收缩和扩展配置之间切换，从而同时改变其宽度、车身直径和鳍的方向。实验表明，收缩配置在坚硬地面上更为高效，而扩展配置则在软地面上提供更好的接触和地形适应性。MOSS在不同土壤、沙子、泥土和水中进行了评估，展示了其在地面和水面之间的连续运动能力。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决传统机器人在湿地和沼泽环境中无法适应多样化地形的问题，现有方法的固定几何轮无法有效应对不同的地面条件。

核心思路：MOSS系统通过设计可变几何的折纸轮，利用紧凑的曲柄机制实现轮子的收缩和扩展，从而在不同地形上优化运动性能。

技术框架：MOSS的整体架构包括折纸轮设计、曲柄机制、传感器反馈和控制系统。系统通过实时监测地面条件，自动调整轮子的配置以适应不同的环境。

关键创新：MOSS的主要创新在于其可变几何轮设计，能够根据地形变化快速切换轮子形状，与传统固定轮设计相比，显著提高了在多样化地形上的适应能力。

关键设计：在设计中，轮子的收缩和扩展配置通过曲柄机制实现，具体参数设置和运动控制算法确保了在不同地面条件下的高效运动。

🖼️ 关键图片

fig_0
fig_1
fig_2

📊 实验亮点

实验结果表明，MOSS在不同地形上的运输成本降低了29%，在湿泥中减少了滑动，并在沙地中降低了滑动和轮毂下沉。MOSS成功实现了在土壤、泥土和水之间的连续运动，展示了其卓越的适应能力。

🎯 应用场景

MOSS系统具有广泛的应用潜力，特别是在环境监测、生态调查和灾后恢复等领域。其灵活的地形适应能力使其能够在复杂的湿地和沼泽环境中高效工作，未来可能在农业、生态保护和水资源管理等方面发挥重要作用。

📄 摘要（原文）

Robotic systems for environmental monitoring and ecological surveying in wetlands and swamps must operate across diverse terrestrial and aquatic conditions. Conventional fixed-geometry wheels cannot adapt their contact geometry to these varying conditions. This work presents MOSS (Multimodal Origami Swamp Robot System), a compact amphibious robotic platform with 3D-printed origami wheels. The compact crank mechanism switches the wheel between contracted and expanded configurations, changing its width, body diameter, and fin orientation simultaneously. The contracted configuration is better suited to efficient rolling on firmer ground, whereas the expanded configuration provides greater contact and terrain engagement on softer surfaces. MOSS was evaluated on soil, sand, mud with varying water content, and water, in addition to in-motion morphing and terrestrial-aquatic transition tests. The more energy-efficient wheel configuration depended on terrain. The contracted configuration achieved a lower cost of transport on firmer soil and mud, whereas the expanded configuration performed better on wetter mud, sand, and water, reducing the cost of transport by up to 29%. Expanded wheels also reduced slip in wet mud and reduced both slip and hub sinkage in sand. MOSS successfully completed configuration changes in $1.95 \pm 0.11$ s and demonstrated continuous locomotion across soil-mud-water transitions. Outdoor trials further demonstrated operation across natural deformable terrain and water. These results show that adaptive wheel geometry provides terrain-dependent locomotion benefits and enables a single compact platform to traverse substantially different terrestrial and aquatic conditions.