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把一张纸变成一个能跑能动的机器人需要怎么做?

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把一张纸变成一个能跑能动的机器人需要怎么做?

想必大家已经想到了,把它折起来!

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看似普通的塑料平板,4分钟内自动折叠“变身”为一个能跑能动的机器人,这不是魔术,是哈佛大学和麻省理工学院研究人员展示的精彩一幕。

它像变形金刚一样能自己折叠行走,而且个子小力量大,还能参与救生!

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哈佛大学和麻省理工学院已经多次联手,开发了多种多样的折纸机器人,像这样:

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或者这样:

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可见古老的折纸艺术对这些科学家是多么具有吸引力。

这款自动折叠机器人的研究曾在《Science》期刊上发表过,机器人每次变身只需4分钟就可以完成终极变化状态,并且无需借助人力;电池通电后,它能以每秒5厘米的速度爬行,还能实现自动转弯。研究人员表示,折纸机器人探测密闭空间的能力尤为突出,它可以在转变成全尺寸之前顺利通过狭窄的缝隙或隧道,进入灾区倒塌建筑中执行搜救任务。

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自动折叠的奥秘:形状记忆复合材料

机器人由五层激光材料制成的组成,包括最外层的两张塑料、里层的两张纸,和最中间层带有铜电路的形状记忆复合材料聚酰亚胺。

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这种类似三明治材料夹层的方法可以使用激光切割在要连接的位置,当加热嵌入的铜电路时,它们周围的形状记忆聚合物就会收缩,根据切割的位置和方式,这种收缩能使折叠角度达到120度,所有可折叠的部分都可以自由重复地弯曲。

折纸结构的设计与组装

机器人的材料并不难得,玩具店也能买到,成本仅100美元,困难的部分是折纸结构的设计(由计算机程序完成)和分层结构,需要准备很多工作(打印,粘合,激光切割等),并且电机,电池和某些电子组件都需要手工安装,因此需要一系列步骤大约需要2个小时。

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复合材料完成后,最后的组装步骤使用3D打印的电动机安装座和一些螺钉将电池,电动机和微控制器组装到机器人上,微控制器负责在正确的时间通过一系列嵌入式电阻走线发送电流,以确保折叠过程以正确的顺序进行。为了实现正确的设计,研究人员对机器人的结构进行了40多次迭代。

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总体而言,使用此技术创建结构折叠的成功率约为97%。研究人员试图制造三台机器人,但只有一台成功,这对机器人折叠的精度要求很高。

在测试中, 折纸机器人在微处理器和小型发动机的控制下,外部的热敏高分子聚合物受热折叠,在不借助人力的情况下,从扁平状态变成四脚站立的机器人,可以每秒5.4厘米(每秒0.43体长)的速度行走,并以每秒约320度的速度旋转。

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可变形技术未来将快速又廉价

哈佛大学机器人专家及机器人资深作者Rob Wood表示,折纸机器人最后将像3D打印一样,成为一种可变形的技术,因为所有制造这种机器人的材料都是现成的,可以设计不同的形状,只需通过激光切割机这样的工具,所以建造机器人将会变得廉价和快速。

这种简单灵活又快速的设计方法,与3D打印技术有异曲同工之妙,非常适合100到1000件产品的生产流程,比传统制造方法更快,以后可以去商店用专门的设备制造你想要的机器人。

责任编辑:lq

 

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