基于液滴的无定形态仿生软体机器人及其制备方法技术

本公开提供一种基于液滴的无定形态仿生软体机器人及其制备方法，所述基于液滴的无定形态仿生软体机器人包括：液滴软体(1)；以及柔性电子集成器件(2)，浮于所述液滴软体(1)表面或内部，所述基于液滴的无定形态仿生软体机器人可以根据所处的地理环境，利用液滴软体自身流动性、亲润性和粘滞性等特点，自由、任意的和无限制的改变其结构和外观，实现复杂环境下软体机器人形状自适应，再通过表面悬浮的柔性电子集成器件，实现多种信号的测量(温度、湿度、光强、应力、葡萄糖等)，还具有能量采集、控制和数据传输功能。

An amorphous bionic software robot based on droplets and its preparation method

The present disclosure provides a droplet-based amorphous bionic software robot and a preparation method thereof. The droplet-based amorphous bionic software robot includes a droplet software (1) and a flexible electronic integrated device (2) floating on the surface or inside of the droplet software (1). The liquid-based amorphous bionic software robot can be utilized according to its geographical environment. Droplet software has the characteristics of fluidity, wettability and viscidity. It can change its structure and appearance freely, arbitrarily and indefinitely to realize shape adaptation of software robot in complex environment. Then it can measure many kinds of signals (temperature, humidity, light intensity, stress, glucose, etc.) through flexible electronic integrated devices suspended on the surface. It also has the functions of energy collection, control and data acquisition. Transmission function.

【技术实现步骤摘要】
基于液滴的无定形态仿生软体机器人及其制备方法
本技术公开涉及仿生机器人
，尤其涉及一种基于液滴的无定形态仿生软体机器人及其制备方法。
技术介绍
在现代军事战争、反恐和安全等领域，各类机器人正在发挥重要的角色。具有排险、探伤、侦查和作战能力的机器人获得了广泛的研究和应用。一些传统机器人的开发是基于动物的运动特点和形态，具备了多自由度运动和精准姿态控制的能力。新兴的机器人采用了柔性的材质，因此也被成为软体机器人。这些软体机器人身体内部大多包含有微流体通道的结构，使用气体、液体、化学反应等手段进行驱动，具有一定的军事应用前景。然而无论是当前的军事机器人还是研究中的软体机器人，它们大多是在原有设计外观的基础上实现弯曲、扭转和部分形变等变化。它们结构和形态都相对固定，无法彻底改变以满足复杂的任务环境和各种未知的应用场景中的需求。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供了一种基于液滴的无定形态仿生软体机器人及其制备方法，以缓解现有技术中软体机器人是在原有设计外观的基础上实现弯曲、扭转和部分形变等变化，结构和形态都相对固定，无法彻底改变以满足复杂的任务环境和各种未知的应用场景中的需求等技术问题。(二)技术方案本公开提供一种基于液滴的无定形态仿生软体机器人，包括：液滴软体1；以及柔性电子集成器件2，浮于所述液滴软体1表面或内部。在本公开实施例中，所述液滴软体1为基液3或为基液3与表面活性剂4以及超顺磁纳米颗粒5组成的纳米磁流体。在本公开实施例中，所述基液3，包括：去离子水、磷酸缓冲溶液PBS、水凝胶或油等液体中的一种。在本公开实施例中，所述表面活性剂4，包括：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、油酸、柠檬酸、氢氧化四甲基铵或大豆卵磷脂有机溶液中一种。在本公开实施例中，所述超顺磁纳米颗粒5，粒径为10～200nm，包括：Fe3O4、Au/Fe3O4、吸附有碳纳米管或石墨烯的Fe3O4、吸附有碳纳米管或石墨烯的Au/Fe3O4中的至少一种。在本公开实施例中，所述柔性电子集成器件2，包括：柔性基底6；功能检测模块，集成于所述柔性基底6上，用于对所处环境中温度、湿度、光强、应力强度、葡萄糖浓度、离子信号、电磁波信号等多种信号进行检测；所述功能检测模块包括：传感器模块；以及无线LED发光模块，用于无线采集环境中的电磁波能量，驱动LED发光，并给所述基于液滴的无定形态仿生软体机器人供电；以及绝缘层，位于所述功能检测模块上，包括聚酰亚胺树脂、环氧树脂或BCB树脂中至少一种，厚度小于2μm。在本公开实施例中，所述柔性基底6，包括：基底层，厚度小于2μm，包括聚酰亚胺、派瑞林或PET薄膜任意一种；铜膜，厚度小于3μm，位于所述基底层上；以及Ti/Au薄膜，厚度小于25nm，位于所述铜膜上。在本公开实施例中，所述传感器模块，包括：湿度传感器11，由同心圆双电极构成，通过检测双电极间阻抗值的变化来反映环境湿度的变化；温度传感器12，由弯曲微细矩形导线构成，通过检测导线电阻值的改变来反映环境温度的变化；葡萄糖传感器14，由同心圆三电极构成，分别为对电极、参比电极和工作电极，通过检测三电极氧化还原反应中电流的大小和变化来检测物葡萄糖浓度大小；应力传感器15，由L型单臂碳纳米管电极构成，用于检测所述基于液滴的无定形态仿生软体机器的运动状况；以及光强传感器16，由超薄光敏三极管构成，通过检测集电极与发射极之间的电流变化来反映环境光的强度变化。在本公开实施例中，所述无线LED发光模块，包括：平面螺旋线圈7，为螺旋形线圈，通过电磁耦合原理将环境中的电磁场信号转化为交变电信号；整流二极管8，厚度小于10μm，与所述平面螺旋线圈7相连，通过二极管的单向导通性将交变电信号转化为直流电信号；极板电容9，与所述整流二极管8相连，包括上电极和下电极，用于对直流电信号进行滤波，产生平稳直流电信号；以及薄膜LED10，厚度小于10μm，用于实时验证无线能量采集情况或根据选择不同发光颜色的LED作为生物学研究的激发光源。在本公开的另一个方面，还提供一种基于液滴的无定形态仿生软体机器人的制备方法，用于制备以上任一项所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人，所述基于液滴的无定形态仿生软体机器人的制备方法，包括：步骤S1：制备液滴软体1；步骤S2：制备柔性电子集成器件2，包括：步骤S21：制备柔性基底6；步骤S22：在步骤S21所制备的柔性基底6上制备葡萄糖传感器14、湿度传感器11及互连电极；步骤S23：在步骤S21所制备的柔性基底6上制备无线LED发光模块、光强传感器16和温度传感器12；步骤S24：在步骤S21所制备的柔性基底6上制备应力传感器15，并完成整体器件的电极裸露；步骤S25：将步骤S24后所制成的电子集成器件转移到水溶性胶带上；步骤S26：溶解步骤S25用于转移电子集成器件的水溶性胶带，制成柔性电子集成器件；以及步骤S3：将步骤S1所制备的液滴软体1与步骤S2所制备的柔性电子集成器件结合，制得基于液滴的无定形态仿生软体机器人。在本公开实施例中，所述步骤S1包括：S11：分别称取基液3、表面活性剂4、以及超顺磁纳米颗粒5；S12：将表面活性剂4与基液3混合振荡，使其充分溶解于基液中，形成稳定均匀的溶液A；S13：将步骤S11称取得到的超顺磁纳米颗粒5混合于步骤S12所制得的溶液A中，振荡搅拌后形成分散液B；S14：将步骤S13所制得的分散液B超声分散均匀，制成液滴软体1。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于液滴的无定形态仿生软体机器人及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)将液滴材料作为机器人软体，在磁场或电场的控制下，利用液体的流动性、表面亲润性和粘滞性等特点，根据所处的地理环境自由、任意和无限制的改变其结构和外观，具有复杂和极端条件下软体机器人形状自适应能力；(2)柔性电子集成器件将温度传感器、湿度传感器、光度传感器、应力传感器、葡萄糖传感器集成于一体，可同时对环境中的多种信号进行检测，具备对周围环境的探查能力；(3)将液滴软体与柔性电子集成器件结合，形成无定形态仿生软体机器人，不仅具备了在复杂环境下利用液体自身特点自由、任意的改变形状和状态的能力，同时还能够在静态和动态运动过程中对周围多种信号进行检测，是一种具有较强自适应能力和信号探查能力的多功能仿生软体机器人；(4)该柔性电子集成传感器件可采用光刻、转印等微纳加工方式制得，精度高、体积小，技术成熟；(5)本领域相关研究人员还尚未通过将液滴软体和柔性电子集成器件进行结合来构建仿生软体机器人，本公开为构建新型仿生软体机器人提供了一种新的思路和方向。附图说明图1为本公开实施例基于液滴的无定形态仿生软体机器人组成示意图(主视图和俯视图)。图2为本公开实施例基于液滴的无定形态仿生软体机器人的液滴软体组成示意图。图3为本公开实施例基于液滴的无定形态仿生软体机器人的柔性电子集成器件平面示意图。图4为本公开实施例基于液滴的无定形态仿生软体机器人的制备方法流程示意图。图5为本公开实施例基于液滴的无定形态仿生软体机器人的液滴软体制备方法流程示意图。图6为本公开实施例基于液滴的无定形态仿生软体机器人的柔性电子集成器件制备方法流程示意图。图7为本公开实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液滴的无定形态仿生软体机器人，包括：液滴软体(1)；以及柔性电子集成器件(2)，浮于所述液滴软体(1)表面或内部。

【技术特征摘要】
1.一种基于液滴的无定形态仿生软体机器人，包括：液滴软体(1)；以及柔性电子集成器件(2)，浮于所述液滴软体(1)表面或内部。2.根据权利要求1所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人，所述液滴软体(1)为基液(3)或为基液(3)与表面活性剂(4)以及超顺磁纳米颗粒(5)组成的纳米磁流体。3.根据权利要求2所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人，所述基液(3)，包括：去离子水、磷酸缓冲溶液(PBS)、水凝胶或油等液体中任意一种。4.根据权利要求2所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人，所述表面活性剂(4)，包括：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、油酸、柠檬酸、氢氧化四甲基铵或大豆卵磷脂有机溶液中一种。5.根据权利要求2所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人，所述超顺磁纳米颗粒(5)，粒径为10～200nm，包括：Fe3O4、Au/Fe3O4、吸附有碳纳米管或石墨烯的Fe3O4、吸附有碳纳米管或石墨烯的Au/Fe3O4中的至少一种。6.根据权利要求1所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人，所述柔性电子集成器件(2)，包括：柔性基底(6)；功能检测模块，集成于所述柔性基底(6)上，用于对所处环境中温度、湿度、光强、应力强度、葡萄糖浓度、离子信号、电磁波信号等多种信号进行检测；所述功能检测模块包括：传感器模块；以及无线LED发光模块，用于无线采集环境中的电磁波能量，驱动LED发光，并给所述基于液滴的无定形态仿生软体机器人供电；以及绝缘层，位于所述功能检测模块上，包括聚酰亚胺树脂、环氧树脂或BCB树脂中至少一种，厚度小于2μm。7.根据权利要求6所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人的制备方法，所述柔性基底(6)，包括：基底层，厚度小于2μm，包括聚酰亚胺、派瑞林或PET薄膜任意一种；铜膜，厚度小于3μm，位于所述基底层上；以及Ti/Au薄膜，厚度小于25nm，位于所述铜膜上。8.根据权利要求6所述的基于液滴的无定形态仿生软体机器人，所述传感器模块，包括：湿度传感器(11)，由同心圆双电极构成，通过检测双电极间阻抗值的变化来反映环境湿度的变化；温度传感器(12)，由弯曲微细矩形导线构成，通过检测导线电阻值的改变来反映环境温度的变化；葡萄糖传感器(14)，由同心圆三电极构成，分别为对电极、参比电极和工作电极，通过检测三电极氧化还原反应中电流的大小和变化来检测物葡萄糖浓度大小；应力传感器(15)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄显，周明行，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12