傳統(tǒng)的日本折紙藝術(shù)通過非常特殊的折疊，折痕和卷曲圖案將簡單的紙張轉(zhuǎn)換為復(fù)雜的三維形狀。基于該原理的折疊機(jī)器人已成為機(jī)器人設(shè)計(jì)的令人興奮的新前沿，但通常需要板載電池或有線連接到電源，使得它們比紙張靈感更笨重和笨重，并限制其功能。Wyss生物啟發(fā)工程研究所和哈佛大學(xué)JohnA.Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的一組研究人員創(chuàng)建了無電池折疊機(jī)器人，能夠通過一個(gè)動力和控制的復(fù)雜，可重復(fù)的運(yùn)動。無線磁場。“就像折紙一樣，我們設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一就是簡約，”共同作者Je-sungKoh博士說，他曾在WyssInstitute和SEAS擔(dān)任博士后研究員，現(xiàn)在是韓國Ajou大學(xué)的助理教授。“這個(gè)系統(tǒng)只需要機(jī)器人上的基本無源電子元件來傳遞電流-機(jī)器人本身的結(jié)構(gòu)可以完成剩下的工作。”該研究報(bào)告在科學(xué)機(jī)器人。

研究小組的機(jī)器人是扁平的和薄的(類似于它們所基于的紙)塑料四面體，三個(gè)外三角形通過鉸鏈連接到中心三角形，中央三角形上有一個(gè)小電路。連接到鉸鏈的是由稱為形狀記憶合金(SMA)的一種金屬制成的線圈，其可以通過加熱到一定溫度而在變形后恢復(fù)其原始形狀。當(dāng)機(jī)器人的鉸鏈平放時(shí)，SMA線圈在“變形”狀態(tài)下伸展;當(dāng)電流通過電路并且線圈升溫時(shí)，它們會恢復(fù)到原來的松弛狀態(tài)，像微小的肌肉一樣收縮，并將機(jī)器人的外三角形向中心折疊。當(dāng)電流停止時(shí)，

產(chǎn)生機(jī)器人運(yùn)動所需的電流的電力通過電磁傳輸無線傳輸，無線充電板內(nèi)的相同技術(shù)可為手機(jī)和其他小型電子設(shè)備中的電池充電。具有其自己的電源的外部線圈產(chǎn)生磁場，該磁場在機(jī)器人的電路中感應(yīng)出電流，從而加熱SMA線圈并引起折疊。為了控制哪些線圈收縮，該團(tuán)隊(duì)在每個(gè)線圈單元中構(gòu)建了一個(gè)諧振器，并對其進(jìn)行調(diào)諧以僅響應(yīng)非常特定的電磁頻率。通過改變外部磁場的頻率，它們能夠誘導(dǎo)每個(gè)SMA線圈獨(dú)立于其他線圈收縮。

我們的機(jī)器人折疊動作不僅可以重復(fù)，我們還可以控制它們發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的動作，”主要作者M(jìn)ustafaBoyvat博士解釋說，他也是WyssInstitute和SEAS的博士后研究員。

就像人體肌肉一樣，SMA線圈只能收縮和松弛：它是機(jī)器人身體的結(jié)構(gòu)-折紙“關(guān)節(jié)”-將這些收縮轉(zhuǎn)化為特定的運(yùn)動。為了展示這種能力，該團(tuán)隊(duì)建造了一個(gè)小型機(jī)械臂，能夠向左和向右彎曲，以及打開和關(guān)閉物體周圍的抓手。該臂采用特殊的折紙狀圖案構(gòu)造，允許其在施加力時(shí)彎曲，兩個(gè)SMA線圈在激活時(shí)傳遞該力，而第三個(gè)線圈拉動夾具打開。通過改變外部線圈產(chǎn)生的磁場頻率，該團(tuán)隊(duì)能夠獨(dú)立控制機(jī)器人的彎曲和夾持運(yùn)動。

這種極簡主義機(jī)器人技術(shù)有很多應(yīng)用;例如，患者可能只是吞下一個(gè)可以四處移動并執(zhí)行簡單任務(wù)的微型機(jī)器人，而不是讓一個(gè)不舒服的內(nèi)窺鏡放下喉嚨來幫助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)，而不是拿著組織或拍攝，由他們外面的線圈驅(qū)動身體。使用更大的源線圈-直徑為碼-可以在整個(gè)家庭中的多個(gè)“智能”物體之間實(shí)現(xiàn)無線，無電池通信。該團(tuán)隊(duì)制造了各種機(jī)器人-從四分之一尺寸的平面四面體機(jī)器人到由折疊紙制成的手動大小的船舶機(jī)器人-表明他們的技術(shù)可以適應(yīng)各種電路設(shè)計(jì)，并成功擴(kuò)展到大小型設(shè)備。“仍然存在小型化的空間。我們不知道

“當(dāng)人們制造微型機(jī)器人時(shí)，總是會問這樣的問題，'你怎么能把電池放在一個(gè)小的機(jī)器人上?'這項(xiàng)技術(shù)通過改變問題為這個(gè)問題提供了一個(gè)很好的答案：你不需要在其上放置電池，你可以用不同的方式為它提供電源，“相應(yīng)的作者RobWood博士說道。WyssInstitute的核心教員，共同領(lǐng)導(dǎo)其Bioinspired機(jī)器人平臺和SEAS的CharlesRiver工程與應(yīng)用科學(xué)教授。

“今天的醫(yī)療設(shè)備通常受到為其供電的電池尺寸的限制，而這些遠(yuǎn)程驅(qū)動的折紙機(jī)器人可以突破這一尺寸障礙，并可能在未來為醫(yī)學(xué)和外科手術(shù)提供全新的微創(chuàng)方法，”WyssFounding說。導(dǎo)演DonaldIngber，同時(shí)也是哈佛醫(yī)學(xué)院血管生物學(xué)的JudahFolkman教授和波士頓兒童醫(yī)院的血管生物學(xué)項(xiàng)目，以及哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的生物工程教授。