[发明专利]一种具有超滑表面的昆虫机器人、加工方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有超滑表面的昆虫机器人、加工方法及应用，属于昆虫机器人技术领域，所述昆虫机器人具有仿形结构，由下到上依次由石墨烯氧化物层及还原石墨烯氧化物层组成，还原石墨烯氧化物层为多孔结构，是由激光对石墨烯氧化物膜加工得到；还原石墨烯氧化物层的表面灌注有润滑油，润滑油渗入到还原石墨烯氧化物层的孔洞中。石墨烯氧化物含有的大量含氧官能团会以CO₂等形式的气体逸出，得到具有大量多孔结构的还原石墨烯氧化物层；而由于激光加工深度的限制，石墨烯氧化物膜底部不会被激光还。然后将润滑油注入到具有多孔结构的还原石墨烯氧化物层里，成为超滑表面；通过裁剪得到具有超滑表面的昆虫机器人，能够实现各项异性的液体传输。

技术领域

本发明属于昆虫机器人技术领域，具体涉及利用激光加工石墨烯氧化物膜制备多孔结构以获得可用于制备超滑表面的衬底，然后将润滑油灌注到该衬底上以形成具有超滑表面的昆虫机器人，实现昆虫机器人的湿度响应性质与超滑表面的液体传输性质的集成。

背景技术

昆虫机器人是目前仿生机器人领域的重要组成部分。昆虫机器人具有体积小、重量轻、结构简单、行走速度快等优点，但是采用传统驱动方式的硬体昆虫机器人，如电动和液压执行机构，与大量刚性连杆和关节协调，导致机械系统沉重复杂。因此，人们开始广泛研究使用能够根据各种环境刺激改变它们的大小和形状的柔性智能响应材料以制备软体昆虫机器人。超滑表面是液体灌注多孔表面(slippery liquid-infused porous surface，SLIPS)的简称，通过将润滑油注入固体多孔衬底以形成均匀分子光滑界面的方法制备成的具有较低表面能的仿生功能表面，它一般具有良好液滴去除和传输能力。但是，超滑表面一般基于硬质模板，目前还没有一种方法能够将超滑表面集成到软体昆虫机器人上，而具有超滑表面的昆虫机器人在液体的防冰、防污、液体输运等领域具有重要研究意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：利用激光加工技术制备具有超滑表面的昆虫机器人。利用激光还原石墨烯氧化物膜时，石墨烯氧化物含有的大量含氧官能团会以CO₂等形式的气体逸出，得到具有大量多孔结构的还原石墨烯氧化物层；而由于激光加工深度的限制，石墨烯氧化物膜底部不会被激光还原，这样就得到了由具有多孔结构的还原石墨烯氧化物层和未被还原的石墨烯氧化物层构成的双层结构的衬底；然后将润滑油注入到具有多孔结构的还原石墨烯氧化物层里，成为超滑表面；接着通过裁剪的方式使其具备仿生昆虫的形状，得到具有超滑表面的昆虫机器人，能够实现各项异性的液体传输，其具体原理如下：(1)利用还原石墨烯氧化物层与石墨烯氧化物层在湿度条件下时响应情况的不同，还原石墨烯氧化物层作为惰性层无响应，而石墨烯氧化物层在湿度条件下吸附大量水分子而导致体积膨胀，因此可作为活性层迅速响应发生形变，从而实现昆虫机器人的形变；(2)具有多孔结构的还原石墨烯氧化物层能够有效地吸附润滑油，能够形成稳定的润滑层，这不仅有利于形成稳定的超滑表面，而且润滑层的存在进一步隔绝空气，有利于增强昆虫机器人的形变效果；(3)利用超滑表面良好的液体传输功能，使液滴能够在昆虫机器人的超滑表面滑动。利用有无外界刺激时昆虫机器人形变状态的不同，可用于实现液体的各向异性运输。

本发明通过如下技术方案实现：

一种具有超滑表面的昆虫机器人，所述昆虫机器人具有仿形结构，由下到上依次由石墨烯氧化物层2及还原石墨烯氧化物层1组成，所述还原石墨烯氧化物层1为多孔结构，是由激光对石墨烯氧化物膜加工得到；还原石墨烯氧化物层1的表面灌注有润滑油3，润滑油3渗入到还原石墨烯氧化物层1的孔洞中。

进一步地，所述的润滑油3为3M氟化润滑油、杜邦润滑油、硅油或食用油。

进一步地，所述的还原石墨烯氧化物层1的厚度为10-100μm；所述的石墨烯氧化物层2的厚度为5-10μm；所述的润滑油3厚度为5-10μm。

一种具有超滑表面的昆虫机器人的制备方法，具体步骤如下：