未来的机电一体化印刷自折叠纸结构

当想到自然运动时，植物很可能在大多数人的列表中排在最后。事实是植物可以执行复杂的运动，但是它们只能非常缓慢地执行。植物运动的主要机制是水分的吸收和释放。植物组织中存在的纤维素会吸收水分并使其膨胀，而纤维素纤维的底层排列可根据需要引导运动。现在，如果我们从这种自然现象中汲取灵感并将其用于未来的工程应用，该怎么办?

令人惊讶的是，事实证明，这种运动可能成为生产新型机器人和机电一体化设备的基础。在最近发表在《先进智能系统》上的一项研究中，日本芝浦工业大学(SIT)和早稻田大学的科学家团队基于这种自然界的概念开发出了一种最简单的方法来制作论文仅使用标准喷墨打印机就可以根据需要折叠自己。SIT的首席科学家Hiroki Shigemune博士解释了这项研究的动机：“目前，用于快速生产物体的打印技术已成为人们关注的焦点，例如3-D打印。然而，打印功能机电设备仍然是一个巨大的挑战;我们解决了这一难题通过寻找一种方便的方法来打印自动折叠的纸张结构，这是可行的。由于纸张主要是纤维素，因此我们从植物中汲取了灵感。”

研究人员首先用不同的水溶液填充普通打印机的墨盒，然后在纸上打印简单的直线，使其自行折叠(图1)。在确定最佳溶质(LiCl，氯化锂)之后，他们探索了不同浓度如何导致不同的自折叠时间。为此，他们用四种不同浓度的LiCl水溶液填充了打印机上的四个墨盒(黑色，品红色，黄色和青色墨水)。纯净水几乎立即引起折叠反应，而高浓度的LiCl引起折叠开始略有变化。反过来，相对较低的浓度导致折叠开始的巨大变化，甚至折叠时间更慢。

有了自动折叠机制，科学家要做的就是给打印机一个文件，以根据所需的折叠顺序打印包含相应颜色的线条。这种简单的方法使他们能够产生各种自折叠的折纸结构，包括传统的纸飞机和可定位，悬挂然后自行回缩的小型纸梯。SIT的前田慎吾博士说：“通过简单地设计合适的印刷图案，我们的技术可以很容易地生产出柔性，可拉伸，可展开和可压碎的折纸结构。”

现在，研究团队将专注于使用这种新颖的自折叠方法来开发机电设备。为此，他们会将这种方法与他们自己开发的先前技术结合起来。一种使用标准打印机在电线上打印电线的方法。早稻田大学的桥本修二博士说：“通过融合这两种技术，我们将实现一种机电元件和造纸机器人的快速而简单的制造过程，它将在航天，医疗和农业领域中找到适合的应用。需要制造的一次性智能设备。”

还值得注意的是，自动折叠过程不需要外部能源或任何类型的复杂机械，使其成为实现真正的植物灵感运动的有吸引力的环保选择。早稻田大学的Hideyuki Sawada博士说，他们成功地实现了硅棒中的“后验光致性”。换句话说，当它们有选择地面向太阳或其他光源时，它们设法重现了某些植物(如向日葵)的自然运动。他解释说：“使用这种技术，我们可以通过确保它们始终面对太阳而设计出效率更高的太阳能电池板。”

这项研究展示了我们如何利用大自然的灵感来开发革命性的技术，即使使用喷墨打印机等普通设备也是如此!