哈佛科學(xué)家研發(fā)無需電池或電線的可折疊機(jī)器人

據(jù)國外媒體報(bào)道，受日本傳統(tǒng)折紙藝術(shù)啟發(fā)研制的可折疊機(jī)器人能夠進(jìn)入傳統(tǒng)機(jī)器人無法到達(dá)的環(huán)境、完成傳統(tǒng)機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。但這些設(shè)備存在一個(gè)巨大的缺陷：它們必須配備電池或電線。如今，哈佛大學(xué)的研究人員找到了該問題的解決方法。他們設(shè)計(jì)出的可折疊機(jī)器人能夠利用無線磁場進(jìn)行控制。

可折疊機(jī)器人是一種時(shí)髦的、可按需生產(chǎn)的機(jī)器人。使用者可將其折疊起來，送入其它形狀無法進(jìn)入的環(huán)境，然后再讓機(jī)器人恢復(fù)形狀、執(zhí)行任務(wù)。問題在于，目前最復(fù)雜的折紙機(jī)器人需要配備電池和電線，因此沉重笨拙，從生物角度來看也不安全。

沒錯(cuò)，可折疊機(jī)器人最令人激動的一點(diǎn)，便是它們在醫(yī)學(xué)獎?wù)孤兜木薮鬂摿?。未來的醫(yī)生可以將微型折紙機(jī)器人送入病人體內(nèi)，展開后再執(zhí)行治療任務(wù)，如將藥物送到指定人體部位等。電線和電池顯然會造成干擾。因此威斯生物工程研究所和哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家們決定研發(fā)一款外部供電的無線可折疊機(jī)器人。

此前，科學(xué)家已經(jīng)研發(fā)出了無需電池或電線的可折疊機(jī)器人，但它們的設(shè)計(jì)過于簡單基礎(chǔ)。相比之下，新型可折疊機(jī)器人的形態(tài)和功能更加復(fù)雜。

在機(jī)器人學(xué)家穆斯塔法·博伊瓦特（Mustafa Boyvat）的帶領(lǐng)下，研究人員設(shè)計(jì)并測試了幾種不同的系統(tǒng)，包括一款能折疊成四分之一大小的四面體型機(jī)器人和一款由紙制成的、手掌大小的船型機(jī)器人。

為讓這些機(jī)器人無需電池運(yùn)作，研究人員在其關(guān)節(jié)處安裝了兩個(gè)元件：一是由形狀記憶合金制成的線圈，在受熱時(shí)可使機(jī)器人恢復(fù)原始形態(tài)；二是在特定磁共振頻率下可產(chǎn)生電能的小型電路。

通過改變磁場頻率，機(jī)器人可根據(jù)需求、將某個(gè)關(guān)節(jié)折疊起來，不會互相干擾。而如果疊加磁場，多個(gè)關(guān)節(jié)便可同時(shí)折疊。該研究團(tuán)隊(duì)展示了多種自由度，厘米級和毫米級均可實(shí)現(xiàn)。

“就像折紙一樣，我們的設(shè)計(jì)十分簡單。”共同作者Je-sung Koh指出，“該系統(tǒng)只需要在機(jī)器人身上安裝基本的被動電子元件、用來產(chǎn)生電流，其余問題都交由機(jī)器人自身來解決。”

研究人員無需接觸它們，便可移動和展開這些設(shè)備，即使看不見它們也無甚影響。

“我們相信，此次研究體現(xiàn)了無線供電、無線控制的折紙機(jī)器人的可行性，”該研究作者指出，“該技術(shù)可用來研發(fā)無需電力存儲或控制元件的可折疊醫(yī)療設(shè)備，在病人體內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè)。”

除此之外，研究人員還在設(shè)想一款可吞入體內(nèi)的機(jī)器人，用來代替內(nèi)窺鏡。該設(shè)備可在體內(nèi)穿梭，執(zhí)行簡單任務(wù)，如抓取組織或拍攝視頻等。最令人激動的是，該設(shè)備的大小可以隨意變換。

“微型化的研究還可以繼續(xù)深入，”博伊瓦特指出，“我認(rèn)為我們尚未達(dá)到機(jī)器人體積的下限。能夠進(jìn)一步研究我們的設(shè)計(jì)、將其用于醫(yī)療領(lǐng)域，我們倍感激動。”

接下來，研究人員計(jì)劃用不同大小和配置的機(jī)器人開展實(shí)驗(yàn)，并測試它們在不同頻率段的表現(xiàn)。但要看到更為復(fù)雜而精良的折紙機(jī)器人，還不知要等待多久。