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哈佛大学科学家研发无需电池和电线可折叠机器人
哈佛大学科学家研发无需电池和电线可折叠机器人
9/3/2017 12:49:13 PM | 浏览:235 | 评论:0

 

哈佛大学科学家研发无需电池和电线可折叠机器人

受日本传统折纸艺术启发研制的可折叠机器人能够进入传统机器人无法到达的环境、完成传统机器人无法实现的任务。但这些设备存在一个巨大的缺陷:它们必须配备电池或电线。如今,哈佛大学的研究人员找到了该问题的解决方法。他们设计出的可折叠机器人能够利用无线磁场进行控制。

可折叠机器人是一种时髦的、可按需生产的机器人。使用者可将其折叠起来,送入其它形状无法进入的环境,然后再让机器人恢复形状、执行任务。问题在于,目前最复杂的折纸机器人需要配备电池和电线,因此沉重笨拙,从生物角度来看也不安全。

没错,可折叠机器人最令人激动的一点,便是它们在医学奖展露的巨大潜力。未来的医生可以将微型折纸机器人送入病人体内,展开后再执行治疗任务,如将药物送到指定人体部位等。电线和电池显然会造成干扰。因此威斯生物工程研究所和哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院的科学家们决定研发一款外部供电的无线可折叠机器人。

此前,科学家已经研发出了无需电池或电线的可折叠机器人,但它们的设计过于简单基础。相比之下,新型可折叠机器人的形态和功能更加复杂。

在机器人学家穆斯塔法·博伊瓦特(Mustafa Boyvat)的带领下,研究人员设计并测试了几种不同的系统,包括一款能折叠成四分之一大小的四面体型机器人和一款由纸制成的、手掌大小的船型机器人。

为让这些机器人无需电池运作,研究人员在其关节处安装了两个元件:一是由形状记忆合金制成的线圈,在受热时可使机器人恢复原始形态;二是在特定磁共振频率下可产生电能的小型电路。

哈佛大学科学家研发无需电池和电线可折叠机器人

通过改变磁场频率,机器人可根据需求、将某个关节折叠起来,不会互相干扰。而如果叠加磁场,多个关节便可同时折叠。该研究团队展示了多种自由度,厘米级和毫米级均可实现。

“就像折纸一样,我们的设计十分简单。”共同作者Je-sung Koh指出,“该系统只需要在机器人身上安装基本的被动电子元件、用来产生电流,其余问题都交由机器人自身来解决。”

研究人员无需接触它们,便可移动和展开这些设备,即使看不见它们也无甚影响。

“我们相信,此次研究体现了无线供电、无线控制的折纸机器人的可行性,”该研究作者指出,“该技术可用来研发无需电力存储或控制元件的可折叠医疗设备,在病人体内进行远程作业。”

除此之外,研究人员还在设想一款可吞入体内的机器人,用来代替内窥镜。该设备可在体内穿梭,执行简单任务,如抓取组织或拍摄视频等。最令人激动的是,该设备的大小可以随意变换。

“微型化的研究还可以继续深入,”博伊瓦特指出,“我认为我们尚未达到机器人体积的下限。能够进一步研究我们的设计、将其用于医疗领域,我们倍感激动。”

接下来,研究人员计划用不同大小和配置的机器人开展实验,并测试它们在不同频率段的表现。但要看到更为复杂而精良的折纸机器人,还不知要等待多久。(叶子)

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