密歇根大学新方法让微型机器人折纸结构多功能化

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    导读

    目前，微型机器人的动作存在受限情况，这对它们执行任务的能力产生了影响。把古老的折纸工艺融入到微型机器人的加工方法里，能够弥补这一不足之处，进而制造出具有复杂几何形状和可编程机械性能的 3D 系统。一般而言，常见的微型折纸系统的折叠速度较为缓慢，并且能提供的活动自由度也非常小。密歇根大学最近研发出了一种新方法，这种方法可用于设计、制造和启动微型机器人。借助该方法，折纸结构能够实现快速运动以及多自由度运动，进而实现复杂的功能。

    密歇根大学研究人员证明，日本的折纸艺术能扩展微型机器人功能。他们提出了电热微折纸晶片这一集成制造 - 设计 - 驱动技术。其独特之处在于弹性折叠可控制，既快速又可逆，能在同一晶片上同时制造多种具有不同几何形状和功能的微型折纸结构。并且在快速变换形状时，还具有多个活动自由度。研究人员基于这种技术开发了好几种不同形状的微型折纸机器人。

    来看看这些折纸机器人：

    千纸鹤拍打着翅膀，栩栩如生

    折叠鱼尾巴像是在拍打水面

    通过组合主动折叠和被动折叠模仿山峰和山谷褶皱

   

    一个简单又防水的折纸抓取器

    电热微折纸晶片

    3. 第三步。

    硅晶片作为基底，接着在其顶部沉积 SU-8（0.8 µm）薄膜，然后对该薄膜进行构图。

    接下来，将黄金制成的薄膜粘合在 SU-8 薄膜的表面，此薄膜用于折痕部分（只选对的，不选贵的），然后通过湿蚀刻对其进行图案化。

    最后，给其加上一层厚度为 20 µm 的 SU-8 厚膜。接着，通过光刻的方式对这层厚膜进行构图操作，目的是形成面板。

    黄金价格贵，性能也不一般。在这儿，黄金薄膜具有多种作用，它充当控制电路，充当无源层，充当电热加热器，还能加固 SU - 8 薄膜的表面，防止残余应力触发向上弯曲。

    向大家科普一下 SU-8 材料，它是一种常用的环氧基负性光刻胶。研究人员把 SU-8 和金子薄膜搭配使用，原因是二者热膨胀系数相差较大。向折痕部分的黄金薄膜施加电流，产生的焦耳热让 SU-8 层的膨胀比区域加热时的黄金大，进而实现较大的折叠角度。所以这种折叠是可控制且可逆的。

    折叠性能

   

    折叠性能对于折纸机器人的形状整体性能而言是关键所在。所以，务必保证折纸系统中的折痕能够具备高效、迅速且有力地进行折叠的能力。电热微折纸晶片具有以下四个最为吸引人的功能：

    最后一个功能让塑料折叠能够对微折纸的形状进行重新编程。

    总结与展望

    密歇根大学开发的电热微折纸系统能够以很简单的方式通过三道工序来完成。大多数现有的折纸系统是不同的。它将多个功能集成到一个黄金层中，从而具备折痕的折叠状态。这种方式无需依靠环境刺激，在温度范围为 1 至 49°C 的常见大气环境中能实现快速且大的弹性折叠。并且还可以通过过热进行重新编程。这就提供了一种生成永久性和塑性折叠 3D 几何形状的方法。电热微型折纸不仅具有相对较好的折叠性能，而且还具有合理的功耗，仅需低电压输入。这些系统的性能得以增强，并且具备多功能性，可用来创建可控且快速的变形超材料和 3D 系统，这些材料和系统可用于微型机器人、微机电系统、超材料、换能器等。