工程师设计可打印的厘米级折纸机器人

时间：2021-06-21 12:52:01 来源：

麻省理工学院研究人员的厘米长折纸机器人。

麻省理工学院的工程师开发了一种微型机器人，该机器人可以游泳，爬坡，穿越崎terrain的地形，并在受到外部磁场控制的情况下承受两倍于其重量的负载。

在最近举行的国际机器人与自动化国际会议上，麻省理工学院的研究人员介绍了一种可打印的折纸机器人，该机器人在受热时会从一块塑料平板上折叠起来，前后尺寸约为一厘米。

该机器人仅重三分之一克，可以游泳，爬坡，穿越崎terrain的地形并承受两倍于其重量的负载。除了自动折叠塑料板以外，机器人的唯一组件是固定在其背面的永磁体。它的运动由外部磁场控制。

麻省理工学院电气工程和计算机科学专业的研究生，机器人的共同开发者之一辛西娅·R·宋说：“整个步行运动都嵌入了机器人的身体力学之中。”“在以前的（折纸）机器人中，他们不得不设计电子设备和电动机来驱动身体本身。”

她的顾问Daniela Rus，麻省理工学院电气工程和计算机科学系的Andrew和Erna Viterbi教授与Sung一起在描述机器人的论文中加入了Sung的行列。 Rus实验室的博士后第一作者Shuyi Miyashita；史蒂芬·吉特隆（Steven Guitron）刚从麻省理工学院获得机械工程学士学位；慕尼黑工业大学的Marvin Ludersdorfer。

观看麻省理工学院研究人员的折纸机器人折叠起来并完成任务。视频：梅兰妮·戈尼克（Melanie Gonick）/麻省理工学院

梦幻之旅

机器人的设计是基于一种假设的应用程序的，其中将一小块材料注入人体，导航到介入部位，折叠起来，并在完成分配的任务时溶解。为此，研究人员使用可溶于液体的材料制作了原型。一个原型机器人几乎完全溶解在丙酮中（永久磁铁仍然存在）。另一种具有可溶于水的成分。

宫下说：“我们完成了从出生到生命，活动以及生命终结的整个循环。”“圆圈是封闭的。”

在所有研究人员的原型中，自折叠床单分为三层。中间层始终由聚氯乙烯组成，聚氯乙烯是水暖管道中常用的塑料，加热时会收缩。在丙酮可溶的原型中，外层是聚苯乙烯。

用激光切割机切入外层的缝隙指导折叠过程。如果片材相对侧的两个缝隙的宽度不同，则中间层收缩时，会将较窄的缝隙边缘压在一起，并且片材向相反的方向弯曲。在他们的实验中，研究人员发现纸张会在大约华氏150度的温度下开始折叠。

一旦机器人将其自身折叠起来，则在其背面的永久磁铁上正确施加磁场会导致其身体弯曲。机器人的前脚与地面之间的摩擦力非常大，以至于后脚抬起时前脚保持固定。然后，另一个磁场序列使机器人的身体略微扭曲，这破坏了前脚的附着力，并且机器人向前移动。

外部控制

在他们的实验中，研究人员将机器人放置在一个矩形平台上，并在四个角上各放置了一个电磁体。他们能够迅速改变电磁场的强度，从而使机器人每秒可以移动近四个身体长度。

除了他们的机器人的液体可溶版本外，研究人员还制造了一个原型，该原型的外层是导电的。受到Rus和Miyashita早期工作的启发，研究人员设想了一个小的导电机器人可以充当传感器。与其他物体（无论是机械系统中的化学沉积物还是人体中的微生物或细胞）接触，都会以特有的方式中断流经机器人的电流，并且电信号可以传递给操作人员。

康奈尔大学机械与航空工程学教授霍德·利普森（Hod Lipson）说：“制造小型机器人特别具有挑战性，因为您不仅要拿现成的组件并将它们固定在一起。”“这是机器人技术的一个挑战性角度，他们已经能够解决它。”

利普森补充说：“他们使用数字制造技术，从而将制造智能嵌入到材料中。”“我认为他们描述的技术会按比例缩小，因此它们绝没有达到极限。”

研究报告的PDF副本：可自动折叠，行走，游泳和降解的不受约束的微型折纸机器人

图像：克里斯汀·丹尼尔洛夫（Christine Daniloff）

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