3D打印：研究人员为医疗机器人创建磁性折纸肌肉
基于折纸的磁性肌肉驱动两个机器人。一个精确地将药物引入人体，另一个是行走机器人。
照片展示了北卡罗来纳州立大学(NC State)带有磁性折纸肌肉的行走机器人。
（图片：北卡罗来纳州立大学）
北卡罗来纳州立大学(NC State)的一组科学家使用3D打印技术制造了一种超薄磁性薄膜，可以应用于折纸结构。由此产生的执行器可以通过外部磁场控制，并通过机器人精确地在人体内递送药物。
这种磁性薄膜由嵌入铁磁粒子的橡胶状弹性体组成。北卡罗来纳州立大学的研究人员使用3D打印机制造了这种薄膜，正如他们在发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)期刊上的研究"3D-Printed Soft Magnetoactive Origami Actuators"中所描述的那样。研究人员将这种薄膜应用于使用日本折纸和剪纸艺术创建的结构的各个部分，以获得微型机器人执行器。
威尔逊纺织学院助理教授、该研究的合著者Xiaomeng Fang解释说："传统的磁性执行器使用小型刚性磁铁，例如冰箱上使用的那种。这些磁铁附着在软体机器人的表面并使其运动。"她说："使用这种技术，我们可以打印一层薄膜，可以直接将其应用于折纸机器人的关键部位，而不会显著减少其表面积。"
使用薄磁性薄膜代替刚性磁铁还有另一个优势：它显著减轻了执行器的重量。然而，研究人员遇到了一个问题：最初嵌入的磁性粒子数量不足以通过外部磁场充分控制软体机器人。研究人员随后增加了粒子浓度以实现更高的磁力。然而，这导致液态橡胶变黑并吸收了3D打印过程中用于固化弹性体的过多紫外线。因此，橡胶无法正常固化。科学家们通过添加一个加热板来解决这个问题，该加热板放大了紫外线，使打印过程中的固化效果更好。
带有磁性折纸肌肉的机器人
对于他们的医疗机器人，研究人员使用了Miura-Ori折法作为折纸肌肉。这种技术允许通过折叠将大面积的平面转变为表面积小得多的结构。磁性薄膜的应用方式使得当施加外部磁场时，折纸结构会打开。因此，机器人可以将药物递送到人体内的溃疡处，并在那里以有针对性和集中的方式释放药物。
科学家们在一个充满温水的塑料球（人造胃）中测试了这个机器人。机器人通过磁场被操纵到人造溃疡的位置。研究人员随后使用外部施加的软磁性薄膜固定机器人的位置。然后它被磁性打开，释放药物。通过固定机器人，药物可以在所需位置以受控方式释放更长时间。
研究人员还开发了另一个机器人，同样基于Miura-Ori折叠技术。它可以通过外部磁场使其爬行。当施加磁场时，机器人收缩。当磁场停止时，机器人再次放松。这创造了一步步的运动。因此，机器人可以克服高达7毫米的障碍物。速度和对不同地形的适应性由施加的磁场控制。
Fang说："这些肌肉可以与许多不同类型的折纸结构一起工作，它们有助于解决从生物医学到太空探索等领域的各种问题。""探索这项技术的更多应用可能性将是非常令人兴奋的。"
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