[发明专利]一种基于光磁驱动的复合水凝胶软体机器人

说明书

本发明提供了一种基于光磁驱动的复合水凝胶软体机器人，包括可见光层、磁响应层和近红外光层；所述可见光层内填充光响应材料；所述磁响应层位于可见光层和近红外光层之间，所述磁响应层内填充磁响应材料；所述近红外光层内填充近红外光响应；通过选择性的施加可见光场和匀强磁场，使可见光层和磁响应层产生形变，用于软体机器人产生蠕动变形；通过选择性的施加近红外光场和匀强磁场，使近红外光层和磁响应层产生形变，用于软体机器人产生扭转滚动。本发明可由光磁复合协同驱动实现对微小物体的快速输运，对仿生微型软体机器人的研究有重要意义。本发明的三层结构能提高形态变换的稳定性、灵敏性以及功能性。

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域或者柔性驱动技术领域，特别涉及一种基于光磁驱动的复合水凝胶软体机器人。

背景技术

软体机器人是一个新生领域，软体机器人模仿自然界的软体动物的外形结构或运动模式,很少甚至完全不采用传统硬质材料，由可承受大应变的橡胶、硅胶、形状记忆聚合物、水凝胶等柔软材料制成，刚度通常大约为104～109Pa，与生物皮肤或肌肉组织相对应，可在大范围内改变自身的外形结构、或运动模式，以适应在多变复杂的非结构化环境中高效运动。

软体机器人作为一类新型连续体仿生机器人，但目前对于软体机器人的研究还处于起步阶段，目前软体机器人驱动方式通常包括形状记忆合金、气动式、介电弹性体、离子聚合物-金属复合材料等。

现有技术公开了一种软体机器人，其由充磁系统及磁控多脚软体机器人本体构成，充磁系统包括电源装置、脉冲磁场发生装置和固定构建，该系统须对多脚软体机器人先进行整体轴向充磁，还须对局部径向充磁，从而控制机器人的运动步态，但由于其充磁过程较为复杂，对充磁精确性要求过高，难以做到精密控制。

现有技术公开了一种可视化Janus结构色软体机器人及其制备方法。该软体机器人先将气液自组装策略生成碳基薄膜，再将碳基薄膜集成到柔性聚合物上，然后柔性碳基导体聚合物侧进行聚多巴胺处理，再沉积二维光子晶体阵列得到最终的可视化Janus结构色软体机器人，其在近红外光驱动下可在35s时间弯曲90°，但其响应方式较为单一，难以多模式运动，且制备过程较为复杂。

现有技术公开了一种仿水母微型软体机器人，该软体机器人具有可变形的软肢结构，该结构由NIPAm/CNT构成，软肢结构的形状可随其承受光照的光强变化而改变，从而达到对微小物体的运输。但是该软体机器人的搬运过程是通过软肢夹取微小物体实现的，其效率较低，且无法承载物体对其定点搬运。

发明内容

针对当前软体机器人驱动方式单一、难以精确控制、效率较低的问题，本发明提供了一种基于光磁驱动的复合水凝胶软体机器人，可实现任意方向上的自由度变化，能够完成更加复杂的姿态变换。相较于单层结构，本发明的三层结构能提高形态变换的稳定性、灵敏性以及功能性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于光磁驱动的复合水凝胶软体机器人，包括可见光层、磁响应层和近红外光层；所述可见光层内填充光响应材料；所述磁响应层位于可见光层和近红外光层之间，所述磁响应层内填充磁响应材料；所述近红外光层内填充近红外光响应；

通过选择性的施加可见光场和匀强磁场，使可见光层和磁响应层产生形变，用于软体机器人产生蠕动变形；通过选择性的施加近红外光场和匀强磁场，使近红外光层和磁响应层产生形变，用于软体机器人产生扭转滚动。

进一步，所述可见光层为双网络交联温敏水凝胶，所述可见光层内填充可见光响应颗粒，通过对填充可见光响应颗粒的可见光层进行电编程处理，使可见光响应颗粒在可见光层内部线性排列。

进一步，线性排列的所述可见光响应颗粒在可见光层内部高度方向排布密集，宽度方向排布稀疏。

进一步，所述磁响应层为双网络交联温敏水凝胶，所述磁响应层内填充可见磁响应颗粒，通过对填充磁响应颗粒的磁响应层进行磁编程处理，使磁响应颗粒在磁响应层内部简谐式排布。