磁場無線控制無需充電機充電蓄電池即可
2017-7-22 10:38:30??????點擊：
最近，來自美國哈佛大學維斯生物啟發工程研究所 和約翰?保爾森工程和應用科學學院的科研人員團 隊創造出一種無需充電機充電蓄電池的折紙機器人，它能夠通過 磁場無線地提供能量和進行控制，開展可重復的復 雜運動。
關鍵字
機器人、折紙、供電、醫療
背景
藝術和充電機充電技術往往會相互影響。例如，人工智能、多媒 體、全息等創新充電機充電技術都深深影響了藝術創作，同時技 術的發展也時常受到傳統藝術的啟發。今天，我們從日本傳統折紙藝術說起，折紙藝術是通過特殊的折疊 方式，在一張普通紙張的基礎上進行手工創作，塑造 出各式各樣的復雜三維形狀。下面通過幾張圖片向大 家展示一下折紙藝術的美妙：
近些年來，折紙機器人成為了機器人設計的又一新前沿。例如，筆者曾在《微型折紙機器人：可以被人體消化》一文中介紹過一種可以被人體消化的微型折紙機器人。
另外，在《Kamigami - 你自己的手工折紙蟑螂機器人》一文中，筆者也介紹過一款類似昆蟲的折紙機器人玩具。
然而為了獲取能量，這些折紙機器人普遍需要攜帶電 池，或者通過電線連接至電源。有鑒于此，相比于它 們的靈感來源：紙張，這些機器人就會顯得笨重，且 功能也受到了限制。
創新
最近，來自美國哈佛大學維斯生物啟發工程研究所 (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)和約翰?保爾森工程和應用科學學院 (SEAS)的科研人員團隊創造出一種無需充電機充電蓄電池的折 紙機器人，它能夠通過磁場無線地提供能量和進行控 制，開展可重復的復雜運動。
文章的合著者、維斯研究所和SEAS的博士后研究員、韓國亞洲大學的助理教授 Mustafa Boyvat 稱：
“與折紙類似，我們設計重點之一就是簡單性。該系統僅需要機器人上的基本的、無源電子元件來提供充電機充電流。機器人本身的結構負責其他功能。”
充電機充電技術
研究團隊設計的機器人是又平又薄（像一張紙）的塑料四面體，外部有的三個三角形通過鉸鏈連接到中間的三角形，中間的三角形上有一個小型充電機充電路。
附著在鉸鏈上的是由一種稱為“形狀記憶合金”（SMA）的金屬組成的線圈。這種金屬在加熱到一定溫度，能夠在形變后恢復原狀。當機器人的鉸鏈平放時，SMA線圈在“變形”狀態下伸展開來；當充電機充電流通過充電機充電路時，線圈被加熱，它們回到原始的松弛狀態，像微小的肌肉一樣收縮，將機器人外部的三角形向中間折疊起來。當充電機充電流消失后，由于彎曲的鉸鏈具有剛度，SMA線圈又重新伸展開來，這樣機器人外部的三角形向中間折疊程度會降低。
機器人運動所需要的電能，通過無線的電磁電力傳輸無線提供。這項充電機充電技術與手機和其他小型電子設備充電機充電蓄電池充電所用的無線充電機充電座內部的充電機充電技術相同。自己具有電源的外部線圈產生一個磁場，從而在機器人的充電機充電路內產生一個感應充電機充電流，加熱SMA線圈并且產生折疊。為了控制具體哪個線圈收縮，團隊在每個線圈單元內放置了一個諧振器，并且經過調諧后，讓它只對特定的電磁頻率作出反應。
論文的首作者、維斯研究所和SEAS的博士后研究 員Mustafa Boy vat博士解釋道：
“我們的機器人不僅可以重復地執行折疊動作，而 且我們還可以控制這些動作何時何地發生，從而使 得更加復雜的運動變得可能。”
和人體的肌肉一樣，SMA線圈只能收縮和舒張。而 機器人身體的結構（折紙一樣的“關節”），將這些收 縮轉化為特定的運動。為了展示這項功能，團隊設計 了一個小型機器臂，能夠向左或者向右彎曲，也可以 在物體附近打開和閉合一個夾子。
這種機器臂通過特殊的、折紙一般的形狀構造，當有外力施加的時候，它能夠彎曲。另外，兩個SMA線圈在激活時，會釋放力量，而第三個線圈將夾子打開。通過改變外部線圈產生的磁場頻率，團隊能夠獨立地控制機器人的彎曲和抓握動作。
價值
這種極簡主義的機器人充電機充電技術會有很多應用。例如，醫生進行手術時，無需在患者喉嚨下放置一個讓人感到不適的內窺鏡。患者可以吞下一個微型機器人，它可以四處運動且執行簡單任務，例如檢查人體組織或者拍照，且這個機器人可以通過人體外部的線圈供電。使用更大一點的源線圈（直徑大約為幾碼），就能夠實現整個家居中多個“智能”物體的無線、無需充電機充電蓄電池的通信。
團隊采用折紙設計了各種各樣的機器人，從一個硬幣大小的變平四面體機器人到一個手掌大小的船型機器人，以展示他們的充電機充電技術能夠適應各種充電機充電路設計，適用于各種大大小小的設備。Boyvat 說：
“對于微型化來說，目前仍有空間。我們不認為我們已經達到了最小的極限，并且我們感到很興奮，將在生物醫學應用方面，進一步開發我們的設計。”
論文的作者之一、維斯研究所的核心教員、生物啟發 的機器人平臺的合作領頭人、SEAS工程和應用科學 系的教授Rob Wood稱：
“當人們制造微型機器人時，有一個問題經常被 問，‘你怎樣可以將充電機充電蓄電池放到如此小的機器人 中？ ’這項充電機充電技術對于這個問題，給出了一個很好的 答案。它完全改變了思路：你無需在上面放充電機充電蓄電池， 你可以通過其他的方式供電。”
維斯的創始董事、哈佛醫學院血管生物學和波士頓兒 童醫院血管生物學項目的教授、哈佛工程和應用科學 學院的教授Donald Ingber說：
“如今的醫療設備普通受到供電的充電機充電蓄電池尺寸的限 制，然而這些遠程供電的折紙機器人能夠突破尺寸 的限制，未來有望提供全新的、微創的醫療和手術 方案。”
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