专栏名称: 传感器技术
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无需电池!新型折纸机器人可通过磁场无线控制

传感器技术  · 公众号  ·  · 2017-07-22 06:52

正文

来源:IntelligentThings

(图片来源于:维基百科


(图片来源于:维基百科


(图片来源于:维基百科


(图片来源于:维基百科


近些年来,折纸机器人成为了机器人设计的又一新前沿。例如,笔者曾在《微型折纸机器人:可以被人体消化》一文中介绍过一种可以被人体消化的微型折纸机器人。



(图片来源于:Melanie Gonick/MIT)


另外,在《Kamigami - 你自己的手工折纸蟑螂机器人》一文中,笔者也介绍过一款类似昆虫的折纸机器人玩具。


(图片来源于: Dash机器人)


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


文章的合著者、维斯研究所和SEAS的博士后研究员、韩国亚洲大学的助理教授 Mustafa Boyvat 称:


“与折纸类似,我们设计重点之一就是简单性。该系统仅需要机器人上的基本的、无源电子元件来提供电流。机器人本身的结构负责其他功能。”


技术


研究团队设计的机器人是又平又薄(像一张纸)的塑料四面体,外部有的三个三角形通过铰链连接到中间的三角形,中间的三角形上有一个小型电路。


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


附着在铰链上的是由一种称为“形状记忆合金”(SMA)的金属组成的线圈。这种金属在加热到一定温度,能够在形变后恢复原状。当机器人的铰链平放时,SMA线圈在“变形”状态下伸展开来;当电流通过电路时,线圈被加热,它们回到原始的松弛状态,像微小的肌肉一样收缩,将机器人外部的三角形向中间折叠起来。当电流消失后,由于弯曲的铰链具有刚度,SMA线圈又重新伸展开来,这样机器人外部的三角形向中间折叠程度会降低。


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


机器人运动所需要的电能,通过无线的电磁电力传输无线提供。这项技术与手机和其他小型电子设备电池充电所用的无线充电座内部的技术相同。自己具有电源的外部线圈产生一个磁场,从而在机器人的电路内产生一个感应电流,加热SMA线圈并且产生折叠。为了控制具体哪个线圈收缩,团队在每个线圈单元内放置了一个谐振器,并且经过调谐后,让它只对特定的电磁频率作出反应。


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


这种机器臂通过特殊的、折纸一般的形状构造,当有外力施加的时候,它能够弯曲。另外,两个SMA线圈在激活时,会释放力量,而第三个线圈将夹子打开。通过改变外部线圈产生的磁场频率,团队能够独立地控制机器人的弯曲和抓握动作。


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


价值


这种极简主义的机器人技术会有很多应用。例如,医生进行手术时,无需在患者喉咙下放置一个让人感到不适的内窥镜。患者可以吞下一个微型机器人,它可以四处运动且执行简单任务,例如检查人体组织或者拍照,且这个机器人可以通过人体外部的线圈供电。使用更大一点的源线圈(直径大约为几码),就能够实现整个家居中多个“智能”物体的无线、无需电池的通信。


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


(图片来源:哈佛大学维斯研究所)


团队采用折纸设计了各种各样的机器人,从一个硬币大小的变平四面体机器人到一个手掌大小的船型机器人,以展示他们的技术能够适应各种电路设计,适用于各种大大小小的设备。Boyvat 说:


“对于微型化来说,目前仍有空间。我们不认为我们已经达到了最小的极限,并且我们感到很兴奋,将在生物医学应用方面,进一步开发我们的设计。”


参考资料


【1】https://wyss.harvard.edu/no-battery-no-wire-no-problem/

【2】http://robotics.sciencemag.org/content/2/8/eaan1544