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報紙可以自己走路到你家?摺紙變形機器人走起來~

昱夫
・2014/08/08 ・1198字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 556 ・八年級
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自折疊機器人的三階段變形。Credit: Seth Kroll, Wyss Institute

面前一張平凡無奇的紙,突然動了起來,它慢慢出現四肢,豎起身體,有了輪廓和肌肉線條,接著它跳了起來!往前奔跑。這可不是什麼魔術或是科幻小說的劇情,麻省理工(MIT)與哈佛大學(Harvard)的科學家,合作開發了一款可自行由平面材料摺疊成型的機器人[1],同時擁有「變形」和「行走」兩種能力。

這隻機器人發表於今年8月的Science Issue,外觀上,它是由ㄧ張內嵌電路的平面基材為主體,上面裝設了馬達和少輛驅動零件。當啟動時,基材會自主摺疊,使原本攤平在桌面上的二維結構開始立體化,形成有點像是青蛙的三維結構;變形完成後,馬達可以帶動立體化的身軀和腳,使機器人跳躍向前。(如下影片)

其實在今年春天的IEEE國際機器人及自動化會議上,這項技術已有了雛形,那時科學家提出ㄧ種「受熱控制機器人」的概念,其鐳射切割製作的基材可透過平均加熱來自行組裝;而現在這款新型機器人也是運用了類似的技術,只是科學家將加熱源以電線的形式埋入平面基材內層,取代了過去使用的烤箱或是加熱板等外部熱源,直接控制各個關節上的摺疊運動。

分析它的結構,這隻機器人的主體是5片平面材料組合而成,由內而外最中間的是銅層,以蝕刻技術刻出了複雜的電路,銅層外部是兩片紙層,最外層則是具備記憶效果的聚合物,一旦受熱,聚合物的體積形狀會改變,使整片基材彎曲摺疊。上述基材都可用鐳射切割成設計的圖樣,劃分出關節與支撐的主體,再加以黏接組裝。基材完成後,作為控制端的微處理器和小馬達(其數量可以不只ㄧ個)會被裝設到基材表面,構成完整的機器人。(製作過程影片

從技術面來看,這款機器人最獨特的地方,在於它可以透過摺疊的方式由二維平面變形成三維的立體結構。Rus、 Demaine和Wood三位參與此研究的科學家在之前便發表了ㄧ套方法,可將任何數位化的3D結構轉換成可由摺疊建構的骨架圖樣;而這套計算方法,也實際應用到了這款機器人上。

目前這款機器人受限於材質,其最大的摺疊角度為150度(通常最理想情況會希望基材可以無限制地往兩個方向摺疊180度,如此不論在設計上或是在運動形態上都可以有更大的自由度),不過雖說150度會無法讓摺疊的材料完全重疊,但在應用上,已可以完成大部份的變形和動作。針對這項缺點,除了未來可以在材料上進行改良外,Demaine也認為可以直接從他們過去發展的演算法上做改變,如果能夠直接從設計上達到「以150度摺疊以內為條件,建構出各種三維結構」,便可以有效提升這款機器人的應用度。

有了這種機器人,在未來是不是有可能讓各種報紙甚至是實體公文「自己」走到該去的地方呢XD

 

延伸閱讀:

參考資料:

  1. A method for building self-folding machines, S. Felton et al., Science, 2014, DOI: 10.1126/science.1252610

資料來源:Origami robot made almost entirely of printable parts folds itself up, crawls away [PHYS.ORG, August 7, 2014]

相關標籤: 摺紙 機器人
文章難易度
昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。


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提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

careonline_96
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