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。
責(zé)任編輯:唐秀敏
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