[发明专利]一种基于pH敏感型水凝胶驱动器的软体机器人

说明书

本发明公开了一种基于pH敏感型水凝胶驱动器的软体机器人，包括头部和与头部连接的驱动部，所述头部为半球形柔性壳体，包括头部和与头部连接的驱动部，所述驱动部包括若干以圆周均布的方式连接于头部下端的柔性支撑板和沿柔性支撑板延伸方向平行设置于柔性支撑板上的若干水凝胶丝，所述柔性支撑板的末端设有尾鳍，所述水凝胶丝为pH敏感型水凝胶丝。该机器人采用pH敏感型水凝胶作为驱动器，可在酸性或碱性液体环境中持续稳定工作，且具有良好的生物相容性、环境适应能力和响应能力，毒性小、轻便灵活、噪声小，可应用范围广。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于pH敏感型水凝胶驱动器的软体机器人。

背景技术

机器人是集合了自动控制理论、计算机、机械电子学、材料学等多门学科技术的产物，它的主要作用是代替人类进行重复性工作以及代替人类在危险或难以涉足的工作环境中进行工作。目前，机器人主要在工业领域被广泛应用，在医学、军事、建筑业甚至服务业等领域也有一定的应用。随着相关学科技术的不断进步，越来越多样化的机器人诸如软体机器人、微型机器人、仿生机器人等被研发出来，以适应人类日益增长的生产力以及对未知领域的探索。

软体机器人相较于传统的机器人有着许多优势。传统机器人通常由电机驱动，由齿轮、齿个、连杆等进行传动，并有以传感器为主的检测系统以及以微型计算机为主的控制系统，虽然其动力充足，功率大，机械性能好，但也存在着较差的环境适应能力和响应能力，噪声大，传动效率低惯性较大，难在酸性或碱性的复杂环境中工作等缺点。自然界中的一些生物具有极高的自由度以及极强的环境适应能力为机器人的研发提供了新的思路，以这些生物为原型进行设计并采用智能材料进行驱动的软体机器人较好地克服了这些缺点。软体机器人相较于传统机器人有着环境适应性好、轻便灵活、噪声小、灵活等优点，能够适应更复杂的工作环境。

目前，已经有很多能够实现爬行、游动、抓取、跳跃等动作的软体机器人应用在军事、救援、航空航天、医学等领域。例如，在医学领域，有一种应用于微创手术(MIS)的软体机器人可以大大降低主刀医师的操作难度，这是利用了软体机器人相较于传统医疗仪器具有更高的自由度的优势。麻省理工学院研究的一种软体机器人，可以安装在心脏两侧进行有节奏地压缩与扭转，取代了传统的心室辅助装置(VAD)，这是因为软体机器人更好的生物相容性可以有效降低VAD导致患者患血栓的几率。又如斯坦福大学研发的KISS软体机器人，利用空气加压的方式可以使机体延伸至原长的几十倍，并且由于它本身利用软性材料制成，使其能够在伸长时避开障碍物或钻入狭小空隙，这让它能够应用在勘测、救援等领域。软体机器人越来越多样化的结构以及愈加先进的材料使得其在未来有着很好的潜力。

发明内容

针对现有技术中传统机器人的驱动器大多由不耐酸碱腐蚀的金属制成，使其难以在酸性或碱性的复杂环境中工作的技术问题，本发明的目的旨在提供一种基于pH敏感型水凝胶驱动器的软体机器人，该机器人采用pH敏感型水凝胶作为驱动器，可在酸性或碱性液体环境中持续稳定工作。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于pH敏感型水凝胶驱动器的软体机器人，包括头部和与头部连接的驱动部，所述头部为半球形柔性壳体，包括头部和与头部连接的驱动部，所述驱动部包括若干以圆周均布的方式连接于头部下端的柔性支撑板和沿柔性支撑板延伸方向平行设置于柔性支撑板上的若干水凝胶丝，所述柔性支撑板的末端设有尾鳍，所述水凝胶丝为pH敏感型水凝胶丝。