[发明专利]一种仿生昆虫

说明书

一种仿生昆虫属于仿生机器人领域。本发明通过在二维材料自支撑迈克烯(Ti₃C₂T_x)薄膜层间梯度填充石蜡(一种高热膨胀率烃链聚合物材料)，利用迈克烯(Ti₃C₂T_x)和石蜡的极大热膨胀差，直接在材料中构造膨胀差异，使其在光、热信号刺激下产生特定幅度弯曲，摆脱了双层结构的限制，大大提高了驱动器工作效率，从而可应用于仿生昆虫中。薄膜可被氧化石墨烯薄膜、碳纳米管薄膜等热导性高，具有分层特性的二维材料替代。石蜡材料可以其他存在固液转化或高热膨胀率材料替代，如PDMS、液晶、水凝胶等。

技术领域

本发明属于仿生机器人领域。

背景技术

柔性驱动器，是指在受到外部环境特定信号刺激(如热能、电能、光能等等)下能够做出响应，产生机械运动的柔性器件。作为仿生机器人中控制其运动的基础零件，柔性驱动器的性能直接决定了仿生机器人行动的能力。

目前，柔性驱动器主要由将热导率高、光热转换率大或电热转化率达的柔性材料，如氧化石墨烯、碳纳米管等材料与热膨胀率高的聚合物、有机物或相变材料复合构成。然而，目前柔性驱动器大部分为双层结构，即将两种材料堆叠，形成上层材料吸收热能或将其它能源转化成热能，但几乎不产生热膨胀，下层材料吸收上层材料的热能产生较大膨胀，形成膨胀差，从而产生定向弯曲的机制。然而这种制备方式不仅增加了驱动器的总体体积，而且导致了驱动器整体的传热效率降低，热敏程度低，无法满足高性能驱动器的要求。因此，这些驱动器并不适合适用于仿生机器人中。

发明内容

为了解决目前应用于仿生机器人中的驱动器性能较低的问题，我们将一种新型驱动器应用于仿生昆虫中。我们通过在二维材料自支撑迈克烯(Ti₃C₂T_x)薄膜层间梯度填充石蜡(一种高热膨胀率烃链聚合物材料)，利用迈克烯(Ti₃C₂T_x)和石蜡的极大热膨胀差，直接在材料中构造膨胀差异，使其在光、热信号刺激下产生特定幅度弯曲，摆脱了双层结构的限制，大大提高了驱动器工作效率，从而可应用于仿生昆虫中。

本文通过将石蜡梯度填充进入迈克烯(Ti₃C₂T_x)薄膜中获得高性能驱动器，并应用于仿生昆虫中，从而获得一种新型仿生昆虫中。

(1)利用含有HF的溶液蚀刻制备迈克烯(Ti₃C₂T_x)溶液。

(2)利用真空抽滤法制造自支撑迈克烯(Ti₃C₂T_x)薄膜。

(3)利用梯度填充法，在将石蜡从底部逐层填充到迈克烯薄膜层状，使石蜡在迈克烯(Ti₃C₂T_x)中形成石蜡从底部到中部，由多到少的梯度分布。

(4)在光照下，由于迈克烯(Ti₃C₂T_x)持续吸收光能并转化为热能，使得分布不均的石蜡产生膨胀，从而使得驱动器产生由石蜡最多的方向至最少方向的特定弯曲。

(5)将驱动器安装于仿生机器人的四足位置，在光照刺激下，驱动器形成弯曲，从而引导仿生昆虫的运动。

一种仿生昆虫，其特征在于，仿生昆虫的制备方法包括以下步骤：

1)利用原位蚀刻法制造迈克烯(Ti3C2Tx)溶液：