【Nature Communications】Roll-to-roll and paper folding for high-throughput fabrication of soft magneto-origami machines
用于软磁折纸机的高通量制造的卷对卷和纸张折叠
能够变形和运动的磁激活软机器具有广阔的应用前景，例如无束缚的生物医学机器人。然而，现有的磁激活软机器要么存在复杂的制造方法，要么存在有限的变形应变。高性能磁激活软电机仍然无法量产。
▲中山大学 蒋博士（中）和他的团队
近日，中山大学生物医学工程学院的研究人员与中国科学技术大学、华中科技大学、南方科技大学共同开发了一种可以快速构建3D磁电机的制造策略。 只需折叠 2D 磁片并磁化即可激活软机器。大规模制造可以通过卷对卷工艺来实现。通过磁化折叠的折纸，可以很容易地对磁激活机器的磁极性模式进行编程。
该研究团队由中山大学生物医学工程学院教授 蒋乐伦博士领导。该研究结果已发表在 Nature Communications 上的一篇题为“Roll-to-roll and paper folding for high-throughput fabrication of soft magneto-origami machines”的文章中。
磁片的卷对卷制造
▲用于折纸的磁性片材是通过卷对卷制造工艺制造的。这种方法展示了高通量制造磁有源机器的潜力。
磁性复合材料由嵌入聚合物树脂中的可磁化钕铁硼颗粒组成。二维磁片是通过在一张原纸上涂覆并固化一层磁性复合材料制成的。为了实现二维磁片的自动化制造，建立了一个卷对卷平台。卷对卷平台的主要部件包括原纸辊、在原纸上形成均匀的未固化磁性复合层的刮刀、固化磁性复合层的加热器、切割磁性的激光机片材成设计的图案，和一个端辊。固化后，使用激光切割设计 2D 图案。
通过折纸创建机器人
切割后的 2D 图案可以折叠成 3D 折纸。为了赋予磁响应，折叠的折纸然后被脉冲磁场磁化至饱和，产生剩余磁化。此后，磁场和折叠力被去除，折叠的折纸部分恢复到静止状态，形成磁力折纸机器人。
▲折纸将 2D 纸张变成 3D 磁折纸机器人，与磁化相关。折纸的创造力能够制造出大量具有独特特性的磁性机器人。
该研究还展示了一些潜在的应用：能够按需部署和无线充电的电子机器人、机械 8-3 编码器和用于货物释放任务的四足机器人、磁折纸艺术——舞蝶和盛开的花朵。
磁折纸充电机器人（MC-robot）
在 2D 纸的纸面上，MC 机器人由一个可以通过感应线圈无线充电的电子电路组成。MC机器人可以折叠成长方体结构。研究人员演示了猪胃模型中的运动、部署和无线充电。通过振动磁铁，MC 机器人可以以约 1 毫米/秒的速度在胃模型的不平坦表面上导航。此后，施加交替磁场以产生电流，产生 3.3 V 的稳定电压，点亮两个 LED。它们可以很容易地被其他功能性电子设备取代。通过结合电子电路，进一步增强了无线充电能力，可以为植入式电子设备的长期应用提供潜在的支持。
▲一种能够按需大面积变化和无线充电的磁力折纸机器人。
仿生磁折纸工艺品
借助磁性片材的固有折叠能力，磁折纸机可以内置到磁性响应的艺术/工艺品中。花朵盛开时，磁折纸蝴蝶在磁力驱动下扇动翅膀。在驱动过程中可以播放背景音乐，从而产生优美悦耳的仿生艺术。可以手动控制电机触发仿生磁力折纸机的变形，享受动手操作的乐趣和生动艺术的美感。作为传播科学和艺术的迷人媒体，如果在博物馆和学校展出，磁折纸艺术/手工艺品可能会对公众观众产生深远的教育影响，尤其是儿童和学生。
▲磁折纸艺术/手工艺品表现得像活的一样自然。
