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器人已成為機器人設(shè)計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)建了無電池折疊機器人，能夠通過一個動力和控制的復(fù)雜，可重復(fù)的運動。無線磁場?！熬拖裾奂堃粯樱覀冊O(shè)計的要點之一就是簡約，”共同作者Je-sungKoh博士說，他曾在WyssInstitute和SEAS擔任博士后研究員，現(xiàn)在是韓國Ajou大學(xué)的助理教授?！斑@個系統(tǒng)只需要機器人上的基本無源電子元件來傳遞電流-機器人本身的結(jié)構(gòu)可以完成剩下的工作?！痹撗芯繄蟾嬖诳茖W(xué)機器人。

研究小組的機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。當機器人的鉸鏈平放時，SMA線圈在“變形”狀態(tài)下伸展;當電流通過電路并且線圈升溫時，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，并將機器人的外三角形向中心折疊。當電流停止時，

產(chǎn)生機器人運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，該團隊在每個線圈單元中構(gòu)建了一個諧振器，并對其進行調(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SMA線圈獨立于其他線圈收縮。

我們的機器人折疊動作不僅可以重復(fù)，我們還可以控制它們發(fā)生的時間和地點，從而實現(xiàn)更復(fù)雜的動作，”主要作者MustafaBoyvat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)化為特定的運動。為了展示這種能力，該團隊建造了一個小型機械臂，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，允許其在施加力時彎曲，兩個SMA線圈在激活時傳遞該力，而第三個線圈拉動夾具打開。通過改變外部線圈產(chǎn)生的磁場頻率，該團隊能夠獨立控制機器人的彎曲和夾持運動。

這種極簡主義機器人技術(shù)有很多應(yīng)用;例如，患者可能只是吞下一個可以四處移動并執(zhí)行簡單任務(wù)的微型機器人，而不是讓一個不舒服的內(nèi)窺鏡放下喉嚨來幫助醫(yī)生進行手術(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-可以在整個家庭中的多個“智能”物體之間實現(xiàn)無線，無電池通信。該團隊制造了各種機器人-從四分之一尺寸的平面四面體機器人到由折疊紙制成的手動大小的船舶機器人-表明他們的技術(shù)可以適應(yīng)各種電路設(shè)計，并成功擴展到大小型設(shè)備?！叭匀淮嬖谛⌒突目臻g。我們不知道

“當人們制造微型機器人時，總是會問這樣的問題，'你怎么能把電池放在一個小的機器人上?'這項技術(shù)通過改變問題為這個問題提供了一個很好的答案：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，而這些遠程驅(qū)動的折紙機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。