光推进仿生肌肉动力系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于光推进的仿生肌肉动力系统，其中太阳能提供光能（能量来源），石墨烯吸收太阳光能，并在惰性气氛下重复实现光能转化为热能再转化为机械能，且石墨烯无消耗，通过光纤管连接两端进光口，多组光纤集成到总控制器中，可以无能耗的光触发模拟肌肉运动，并且通过光强度来调整肌肉的运动，此系统具有耗能少，系统简单，实用性强，推广性强的特点。

【技术实现步骤摘要】
光推进仿生肌肉动力系统
本技术属于新能源以及动力
，具体涉及一种基于光推进的仿生肌肉系统。
技术介绍
太阳能是最重要的基本能源之一，生物质能、风能、潮汐能、水能都来自于太阳能，太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停释放辐射能量。太阳能作为一种新能源，有以下三大优点：取之不尽，用之不竭；不存在运输问题；作为一种洁净能源，在开发和利用时，不会产生污染物，不会造成环境污染。目前，人类直接利用的光能转换形式，主要为光热转换、光化学转换、光电转换等，光能驱动的研究成为当下热点之一。目前，在直接利用的光能转换形式应用中，利用石墨烯作为光热转换载体实现太阳能光热转换从而进行机械能输出的技术还未见报道。本技术选择二维材料石墨烯为光热转换载体，利用常见的太阳能为驱动力，最终将光能转换为机械能，可以无能耗的光触发模拟肌肉运动，通过光强度来调整肌肉的运动等。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于光推进的仿生肌肉系统，解决了现有技术中光热转换效率低、动力输出不稳定不持久以及系统复杂的问题。实现本技术目的的技术解决方案为：一种光推进仿生肌肉动力系统，包括石墨烯、质量块、动力输出轴、液晶快门、聚光透镜、密封管、外壳，所述密封管设置于外壳内，所述密封管中部设置有一质量块，密封管中质量块的两端放置石墨烯，密封管的两端头均设置聚光透镜和液晶快门，所述动力输出轴一端伸入密封管，另一端从外壳向外伸出，所述动力输出轴的轴向与密封管的轴向平行且可沿轴向往复运动，所述密封管中填充有气体，所述气体不与石墨烯发生反应。进一步地，所述石墨烯为蓬松型石墨烯，具有较大的比表面积。进一步地，所述动力输出轴为至少2个。进一步地，在密封管的两端均设置有所述动力输出轴，且两端的动力输出轴数量相同。进一步地，所述光推进仿生肌肉动力系统采用太阳光作为光源。进一步地，可以根据需要调节所需太阳光的强度。进一步地，所述质量块为圆柱状，其侧面与密封管的内壁相配合。进一步地，所述动力输出轴将机械功输出用于发电或推进系统。进一步地，所述密封管中填充有惰性气体。石墨烯膨胀产生推动力的原理：石墨烯瞬间吸收大量的光能，并高效地将光能转化为热能，大量的热量聚集在石墨烯中，无法在短时间内释放，并储存在石墨烯的褶皱结构中，石墨烯中的气体如惰性气体（例如氦气）瞬间加热膨胀，产生一定的推动力。利用液晶通电不透光，失电透光的性质，作为光源输入的门控开关，提供石墨烯膨胀所必需的光脉冲。因石墨烯膨胀方向与光照方向一致，故聚光透镜轴向安装在两端时具有最高的能源利用效率。相关实验验证：为了定量化石墨烯膨胀所产生的效果，称取5mg的石墨烯放置于1mm石英玻璃片上，玻璃片直接放于常见的普通照相机闪光灯的灯头，将重为10.76g的陶瓷瓶的瓶口朝下，覆盖石墨烯。闪光灯闪光瞬间，陶瓷瓶瞬间被推动2mm的高度。通过加速度与位移、时间的关系式，可以得出陶瓷瓶的加速度为82.6m/s2。本实验在氦气氛围下完成，使用闪光灯作为能量来源，其光谱类似于太阳光谱。由于石墨烯狄拉克锥和无间隙的带结构，可以吸收各个波长的光。本技术具有以下有益效果：（1）能源来源为太阳能，节能，无污染。（2）使用碳材料石墨烯作为光热转换载体，具有较高的光热转换效率。（3）石墨烯在无消耗的情况下可重复产生推动力，且疲劳效应较小。（4）单位体积的石墨烯可迅速产生较大的推动力，可以根据光强的大小来改变仿生肌肉的运动。此外，本技术的动力系统可具有广泛的应用且结构简单、成本低、耗能小。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。附图说明图1为本技术光推进仿生肌肉动力系统的整体结构示意图。图2为本技术光推进仿生肌肉动力系统的内部结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例进行详细说明，但是本技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。结合图1、2，一种光推进仿生肌肉动力系统，包括石墨烯4、质量块5、动力输出轴1、液晶快门2、聚光透镜3、密封管6、外壳7，所述密封管6设置于外壳7内，所述密封管6中部设置有一质量块5，密封管6中质量块5的两端放置石墨烯4，密封管6的两端头均依次设置聚光透镜3和液晶快门2，光源可经过液晶快门通过聚光透镜汇聚于石墨烯，所述动力输出轴1一端伸入密封管6，另一端从外壳7向外伸出，所述动力输出轴1的轴向与密封管6的轴向平行且可沿轴向往复运动（其与密封管6精密配合），密封管6为系统提供密封惰性环境，优选密封管6内的气体具有热膨胀系数较大、比热容较小的特点，防止石墨烯在氧气存在下发生燃烧现象，即密封管6内的气体不与石墨烯发生反应，同时起膨胀运动的导向作用，光推进仿生肌肉动力系统左右两端结构相同。进一步地，所述石墨烯4为蓬松型石墨烯，具有较大的比表面积。进一步地，所述动力输出轴1为至少2个。进一步地，在密封管6的两端均设置有所述动力输出轴1，且两端的动力输出轴1数量相同。进一步地，所述光推进仿生肌肉动力系统采用太阳光作为光源。进一步地，可以根据需要调节所需太阳光的强度。进一步地，所述质量块5为圆柱状，其侧面与密封管的内壁相配合。进一步地，所述动力输出轴1将机械功输出用于发电或推进系统。进一步地，所述密封管6中填充有惰性气体。上述为连续动力输出的控制情况。基于仿生肌肉的假设，可以实现多组动力的阵列以及并行控制。通过光纤管连接两端进光口，多组光纤集成到总控制器中，通过总控制器对于不同光纤口的给光控制，可以如大脑通过神经系统控制肌肉一般控制我们的光推进的仿生肌肉，完成目标动作，大大减少了能源的供应。由以上可知，本技术的光推进仿生肌肉动力系统节能无污染、具有较高的光热转换效率、疲劳效应较小、单位体积的石墨烯可迅速产生较大的推动力，可以根据光强的大小来改变仿生肌肉的运动，具有广泛的应用且结构简单、成本低、耗能小。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光推进仿生肌肉动力系统，其特征在于：包括石墨烯（4）、质量块（5）、动力输出轴（1）、液晶快门（2）、聚光透镜（3）、密封管（6）、外壳（7），所述密封管（6）设置于外壳（7）内，所述密封管（6）中部设置有一质量块（5），密封管（6）中质量块（5）的两端放置石墨烯（4），密封管（6）的两端头均设置聚光透镜（3）和液晶快门（2），所述动力输出轴（1）一端伸入密封管（6），另一端从外壳（7）向外伸出，所述动力输出轴（1）的轴向与密封管（6）的轴向平行且可沿轴向往复运动，所述密封管（6）中填充有气体，所述气体不与石墨烯（4）发生反应。

【技术特征摘要】
1.一种光推进仿生肌肉动力系统，其特征在于：包括石墨烯（4）、质量块（5）、动力输出轴（1）、液晶快门（2）、聚光透镜（3）、密封管（6）、外壳（7），所述密封管（6）设置于外壳（7）内，所述密封管（6）中部设置有一质量块（5），密封管（6）中质量块（5）的两端放置石墨烯（4），密封管（6）的两端头均设置聚光透镜（3）和液晶快门（2），所述动力输出轴（1）一端伸入密封管（6），另一端从外壳（7）向外伸出，所述动力输出轴（1）的轴向与密封管（6）的轴向平行且可沿轴向往复运动，所述密封管（6）中填充有气体，所述气体不与石墨烯（4）发生反应。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述石墨烯（4）为蓬松型石墨烯，具有较大的比表面积。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬，刘冠楠，恢旺洋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32