[发明专利]一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人

权利要求书

1.一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：包括至少三层贴合的薄膜；

其中上层薄膜与下层薄膜均分别包括形状记忆合金薄膜区域和导电的应力材料薄膜区域，且形状记忆合金薄膜区域与导电的应力材料薄膜区域沿微型爬行机器人爬行方向依次分布；所述形状记忆合金与所述应力材料的热膨胀系数不同；中层薄膜为绝缘薄膜；

上层薄膜中的导电的应力材料薄膜区域与下层薄膜中的形状记忆合金薄膜区域位置对应叠放，上层薄膜中的形状记忆合金薄膜区域与下层薄膜中的导电的应力材料薄膜区域位置对应叠放；

定义一组叠放结构由一层形状记忆合金薄膜、一层绝缘薄膜和一层导电的应力材料薄膜组成；所述微型爬行机器人包括至少两组叠放结构，且相邻两组叠放结构的三层薄膜材料叠放顺序相反；

至少一组叠放结构中的一侧形状记忆合金薄膜或导电的应力材料薄膜采用平面电容极板加平面电感布局，且平面电感的一端与平面电容极板相连，平面电感的另一端穿过绝缘薄膜，与叠放结构中的另一侧薄膜连通，形成具有频率选择性的电容-电感谐振电路。

2.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：所述微型爬行机器人具有平面以及三维波浪两种模态；两种模态下，所述谐振电路的固有频率不同。

3.根据权利要求1或2所述一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：所述平面电感采用平面螺旋结构。

4.根据权利要求3所述一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：所述平面电感采用矩形平面螺旋结构，且矩形平面螺旋结构的长边沿微型爬行机器人爬行方向。

5.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：当有N组叠放结构的一侧形状记忆合金薄膜或导电的应力材料薄膜采用平面电容极板加平面电感布局时，N≥2，则该N组叠放结构均分别形成一个频率选择性的谐振电路，且当所述微型爬行机器人处于平面模态时，N个谐振电路的固有频率相同。

6.根据权利要求5所述一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：所述N组叠放结构的面积相同。

7.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：所述微型爬行机器人包括两组叠放结构，只有一组叠放结构的一侧形状记忆合金薄膜或导电的应力材料薄膜采用平面电容极板加平面电感布局，且该组叠放结构面积大于另一组叠放结构面积；并且两组叠放结构中处于同一层的薄膜直接连接，两组叠放结构共同形成一个谐振电路。

8.根据权利要求3所述一种基于形状记忆合金薄膜的无线自驱动微型爬行机器人，其特征在于：对于一组叠放结构，若其中一侧形状记忆合金薄膜或导电的应力材料薄膜采用平面电容极板加平面电感布局，则中间的绝缘薄膜采用与所述平面螺旋结构形状相同的平面螺旋绝缘结构，而另一侧薄膜采用能够支撑所述平面螺旋结构和平面螺旋绝缘结构的栅格结构。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的微型爬行机器人的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按照所述微型爬行机器人的三层贴合薄膜的设计要求，成形三层贴合薄膜，得到平面模态下的微型爬行机器人；

步骤2：在真空高温环境对微型爬行机器人进行退火训练，由于所述形状记忆合金和应力材料的热膨胀系数间存在差异，因此高温下，微型爬行机器人从平面模态转变为三维波浪模态，并被形状记忆合金记忆。

10.一种如权利要求1～8任一项所述的微型爬行机器人的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在常温下，所述微型爬行机器人处于平面模态，将其置于射频磁场中，射频磁场的频率为所述微型爬行机器人处于平面模态时，所述谐振电路的固有频率；

步骤2：所述微型爬行机器人通过电磁感应从射频磁场中获得电能，并转化为热能，当所述微型爬行机器人结构温度升高至超过形状记忆合金的相变温度时，形状记忆效应促使微型爬行机器人自动收缩为所记忆的波浪形三维结构，并产生相应的驱动位移，所述微型爬行机器人转变为三维波浪模态；

步骤3：所述微型爬行机器人转变为三维波浪模态后，所述谐振电路的固有频率与射频磁场的频率解耦；当所述微型爬行机器人结构温度降低至低于形状记忆合金的相变温度时，形状记忆效应消失，所述应力材料的回复应力促使所述微型爬行机器人恢复至平面模态，完成一个运动周期。