日本传统的折纸艺术是将一张简单的纸通过一种非常特殊的折叠、折痕和褶裥模式，转变成复杂的三维形状。基于这一原理的折叠机器人已经成为机器人设计的一个令人兴奋的新前沿，但通常需要车载电池或与电源的有线连接，这使它们比纸上的灵感更笨重，限制了它们的功能。哈佛大学威斯生物工程研究所和约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的一组研究人员研制出了一种无需电池的折叠机器人，这种机器人能够通过无线磁场驱动和控制进行复杂、可重复的动作。“就像折纸一样，我们设计的要点之一就是简单，”合著者许济成博士说，他作为Wyss研究所和SEAS的博士后研究员进行了这项研究，现在是韩国亚洲大学的助理教授。“这个系统只需要机器人身上基本的、被动的电子元件来传递电流——机器人本身的结构就可以完成其余的工作。”这项研究发表在科学的机器人．
该研究小组的机器人是扁平而薄的塑料四面体(类似于它们所基于的纸)，外层的三个三角形通过铰链连接到中心三角形，在中心三角形上有一个小电路。连接在铰链上的线圈是由一种叫做形状记忆合金(SMA)的金属制成的，这种金属在变形后可以通过加热到一定的温度恢复原来的形状。当机器人的铰链平放时，SMA线圈在“变形”状态下伸展;当电流通过电路，线圈升温时，它们会弹回到原来的放松状态，像微小的肌肉一样收缩，并将机器人的外层三角形向中心折叠。当电流停止时，由于柔性铰链的刚度，SMA线圈被拉回，从而降低了外三角形。
制造机器人运动所需的电流的电力是通过电磁能量传输无线传输的，与为手机和其他小型电子产品充电的无线充电板采用的技术相同。一个自带电源的外部线圈产生磁场，在机器人的电路中感应电流，从而加热SMA线圈并诱导折叠。为了控制哪个线圈收缩，研究小组在每个线圈单元中建立了一个谐振器，并将其调整为只对特定的电磁频率作出响应。通过改变外部磁场的频率，他们能够诱导每个SMA线圈独立于其他线圈收缩。
“我们的机器人不仅可以重复折叠动作，我们还可以控制它们发生的时间和地点，这使得更复杂的动作成为可能，”该研究的主要作者、同时也是Wyss研究所和SEAS博士后研究员的Mustafa Boyvat博士解释道。
就像人体的肌肉一样，SMA线圈只能收缩和放松:是机器人身体的结构——折纸“关节”——将这些收缩转化为特定的动作。为了证明这一能力，该团队制造了一个小型机械臂，能够左右弯曲，并能打开和关闭围绕物体的夹持器。手臂由一种特殊的折纸状图案构成，当施加外力时，它可以弯曲，当激活时，两个SMA线圈提供该力，而第三个线圈将夹持器拉开。通过改变外部线圈产生的磁场频率，该团队能够独立控制机器人的弯曲和抓握动作。
这种极简机器人技术有很多应用;例如，病人不用把一个不舒服的内窥镜伸入喉咙来帮助医生进行手术，而只需吞下一个微型机器人，它可以移动并执行简单的任务，比如拿组织或拍摄，由体外线圈供电。使用一个更大的源线圈——直径约为几码——可以在整个家庭的多个“智能”物体之间实现无线、无需电池的通信。该团队制造了各种各样的机器人——从四分之一大小的平面四面体机器人到折叠纸制成的手大小的船舶机器人——以证明他们的技术可以适应各种电路设计，并成功地将设备放大或缩小。“小型化仍有空间。我们认为我们还没有达到最小的极限，我们对进一步开发生物医学应用的设计感到兴奋，”Boyvat说。
“当人们制造微型机器人时，总有人问，‘你怎么能给这么小的机器人装上电池?“这项技术从另一个角度给了这个问题一个很好的答案:你不需要给它装上电池，你可以用另一种方式给它供电，”通讯作者Rob Wood博士说，他是Wyss研究所的核心教员，也是该研究所仿生机器人平台的联合领导，同时也是SEAS工程与应用科学查尔斯河教授。
“今天的医疗设备通常受到供电电池大小的限制，而这些远程供电的折纸机器人可以突破这个尺寸障碍，并有可能在未来为医疗和手术提供全新的、微创的方法，”Wyss的创始董事唐纳德·因格伯说。他也是哈佛医学院血管生物学和波士顿儿童医院血管生物学项目的Judah Folkman教授，也是哈佛工程与应用科学学院的生物工程教授。
了下:M2M(机器对机器)
