3D列印：研究人員為醫療機器人創建磁性摺紙肌肉
基於摺紙的磁性肌肉驅動兩個機器人。 一個精確地將藥物引入人
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照片展示了北卡羅來納州立大學（NC State）帶有磁性折紙肌肉的行走機器人。
（圖片：北卡羅來納州立大學）
北卡羅來納州立大學（NC State）的一組科學家使用3D列印技術製造了一種超薄磁性薄膜，可以應用於摺紙結構。 由此產生的執行器可以通過外部磁場控制，並通過機器人精確地在人體內遞送藥物。
這種磁性薄膜由嵌入鐵磁粒子的橡膠狀彈性體組成。 北卡羅來納州立大學的研究人員使用3D列印機製造了這種薄膜，正如他們在發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上的研究“3D-Printed Soft Magnetoactive Origami Actuators”中所描述的那樣。 研究人員將這種薄膜應用於使用日本折紙和剪紙藝術創建的結構的各個部分，以獲得微型機器人執行器。
威爾遜紡織學院助理教授、該研究的合著者Xiaomeng Fang解釋說：“傳統的磁性執行器使用小型剛性磁鐵，例如冰箱上使用的那種。 這些磁鐵附著在軟體機器人的表面並使其運動。 “她說：”使用這種技術，我們可以列印一層薄膜，可以直接將其應用於摺紙機器人的關鍵部位，而不會顯著減少其表面積。 ”
使用薄磁性薄膜代替剛性磁鐵還有另一個優勢：它顯著減輕了執行器的重量。 然而，研究人員遇到了一個問題：最初嵌入的磁性粒子數量不足以通過外部磁場充分控制軟體機器人。 研究人員隨後增加了粒子濃度以實現更高的磁力。 然而，這導致液態橡膠變黑並吸收了3D列印過程中用於固化彈性體的過多紫外線。 因此，橡膠無法正常固化。 科學家們通過添加一個加熱板來解決這個問題，該加熱板放大了紫外線，使列印過程中的固化效果更好。
帶有磁性摺紙肌肉的機器人
對於他們的醫療機器人，研究人員使用了Miura-Ori折法作為摺紙肌肉。 這種技術允許通過摺疊將大面積的平面轉變為表面積小得多的結構。 磁性薄膜的應用方式使得當施加外部磁場時，折紙結構會打開。 因此，機器人可以將藥物遞送到人體內的潰瘍處，並在那裡以有針對性和集中的方式釋放藥物。
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研究人員還開發了另一個機器人，同樣基於Miura-Ori摺疊技術。 它可以通過外部磁場使其爬行。 當施加磁場時，機器人收縮。 當磁場停止時，機器人再次放鬆。 這創造了一步步的運動。 因此，機器人可以克服高達7毫米的障礙物。 速度和對不同地形的適應性由施加的磁場控制。
Fang說：「這些肌肉可以與許多不同類型的摺紙結構一起工作，它們有助於解決從生物醫學到太空探索等領域的各種問題。 “”探索這項技術的更多應用可能性將是非常令人興奮的。”