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工程师设计可打印厘米长的折纸机器人

发布时间:2018-05-15

em麻省理工学院的工程师开发了一种小型机器人,可以在受外部磁场控制的情况下游泳,爬上斜坡,穿越崎岖的地形,并承受两倍重量的负荷。 / em

在最近举办的机器人和自动化国际会议上,麻省理工学院的研究人员介绍了一种可打印的折纸机器人,该机器人在加热时从塑料平板上折叠起来,从前到后测量一厘米。

机器人只能称重三分之一克,可以游泳,爬上斜坡,穿越崎岖的地形,并承受两倍重量的负荷。除了自动折叠塑料片外,机器人的唯一部件是贴在背面的永久磁铁。它的运动由外部磁场控制。

“整个行走运动都嵌入到机器人机构的机械中,”麻省理工学院电机工程和计算机科学研究生,机器人合作开发人员之一的Cynthia R. Sung说。 “在以前的[折纸]机器人中,他们必须设计电子和电机来驱动身体本身。”

在描述机器人的论文中加入宋是她的顾问,Daniela Rus,麻省理工学院电气工程和计算机科学系的Andrew和Erna Viterbi教授,第一作者Rushe实验室的博士后Shuhei Miyashita;刚刚获得麻省理工学院机械工程学士学位的Steven Guitron,慕尼黑技术大学的Marvin Ludersdorfer。

em观看MIT研究人员的折纸机器人将自己折叠起来并完成任务。视频:Melanie Gonick / MIT / em

神奇的航程

机器人的设计是由一个假设的应用程序驱动的,在这个应用程序中,小片材料将被注入人体,导航到干预部位,折叠起来,并在完成分配的任务时解散。为此,研究人员用液体可溶性材​​料制造了他们的原型。一个原型机器人几乎完全溶解在丙酮中(永久磁铁仍然存在);另一种具有可溶于水的组分。

Miyashita说:“我们完成了从出生到生命,活动和生命结束的循环。 “圆圈已关闭。”

在所有研究人员的原型中,自折叠片材有三层。中间层总是由聚氯乙烯组成,聚氯乙烯是一种常用于管道管道中的塑料,在加热时会收缩。在可溶于丙酮的原型中,外层是聚苯乙烯。

通过激光切割机切入外层的狭缝引导折叠过程。如果在薄片的相对两侧的两个狭缝具有不同的宽度,那么当中间层收缩时,它迫使狭窄的狭缝边缘在一起,并且薄片沿相反的方向弯曲。在他们的实验中,研究人员发现该片材将在华氏150度左右开始折叠。

一旦机器人将自身折叠起来,正确地将磁场施加到其背部的永磁体上会使其身体弯曲。机器人的前脚与地面之间的摩擦足够大,前脚在后脚抬起时保持固定。然后,另一个磁场序列使机器人的身体略微扭曲,从而打破前脚的粘连,机器人向前移动。

外部控制

在他们的实验中,研究人员将机器人放置在矩形舞台上,每个角落都有一个电磁铁。他们能够迅速改变电磁场的强度,使机器人每秒可以移动近四个体长。

除了机器人的液体可溶性版本外,研究人员还制作了一个外层导电的原型。受Rus和Miyashita早期工作的启发,研究人员预计,一个微小的导电机器人可以作为传感器。与其他物体接触 - 无论机械系统中的化学物质增加还是微生物或身体内的细胞 - 都会以特有的方式破坏通过机器人的电流,并且电信号可以传递给操作人员。

“制造小型机器人特别具有挑战性,因为您不仅需要购买现成的部件并将它们连接在一起,”研究机器人的康奈尔大学机械和航空航天工程教授Hod Lipson说。 “这是一个具有挑战性的机器人角度,他们已经能够解决它。”

“他们使用数字制造技术,以便将制造的智能嵌入材料中,”利普森补充道。 “我认为他们所描述的技术可以扩展到越来越小的尺寸,所以它们绝不会达到极限。”

PDF研究副本:自我折叠,游走,游泳和降级的无限制微型折纸机器人

资料来源:麻省理工学院新闻节目Larry Hardesty

图片:Christine Daniloff / MIT

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