一种软体机器人的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种软体机器人。
【背景技术】
[0002]软体机器人是一种新型的柔韧性机器人，可以模仿自然界中的昆虫或软体生物的运动来实现对人造柔性材料的驱动和控制。这种软体机器人能够钻进人体或者传统机器人难以进入的狭小空间中工作，从而可以用于震后救援或者战场侦察等场合。
[0003]哈佛大学和麻省理工学院的研究人员已经研制出依靠空气驱动的软体机器人。然而，这种软体机器人也存在一定的缺陷，它需要外部装置实现空气供给、抽吸与控制，目前还难以投入实际使用。
[0004]目前，研究者提出一种全新的软体机器人材料一一室温液态金属。室温液态金属是指在室温下呈液体状态的金属(下文简称液态金属)。液态金属具有许多优良的物理性质，例如:热导率高、电导率高、表面张力大、沸点高、蒸发压力与可流动特性极低。液态金属兼具金属的导电能力和液体的流动能力，使得其成为一种理想的软体机器人材料，有望实现复杂环境下的穿梭流动与信息探测、传递功能。
[0005]液态金属本身不带静电，将其浸入电解质溶液后，将会在表面反应形成阴离子，并吸引电解质溶液中的阳离子形成均匀的电双层。在外电场的作用下，液态金属表面的阴离子将会重新分布，靠近外电场正极的表面阴离子集中，远离正极的表面阴离子则比较稀疏。液态金属表面电荷的分布不均将会导致液态金属与周围电解质溶液界面的表面张力分布不均，从而产生自身表面的涡流流动以及驱动液态金属向外电场阳极运动的驱动力。利用上述原理有研究者在实验室开发出了驱动液态金属球运动的控制方法，例如，利用电场控制液态金属球定向平移运动、表面涡流运动以及大尺度的铺展和收缩变形等。研究者还发现了液态金属的电化学驱动方法。上述方法利用外部电磁场作用于液态金属，或者利用电化学驱动方法来实现液态金属的运动控制，具有结构简单、能耗低、稳定性高等优点，能够克服结构复杂的传统机构驱动能耗高、容易损坏的不足。
[0006]可以看出，上文中对液态金属的控制限制在二维平面内，且由外电场实现驱动故液态金属的驱动力比较弱，无法用该方法驱动液态金属以外的机构实现定向运动。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的其中一个目的在于提供一种软体机器人，以解决现有技术中只能在二维平面内控制液态金属且液态金属所产生的驱动力偏弱难以操控液态金属之外的机构实现特定运动的技术问题。
[0008]为实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了一种软体机器人，包括:由电绝缘材料制成的承载结构1、液态金属2、溶液3、至少一个第一电极4和至少一个第二电极5，其中:
[0009]所述承载结构I上设有一个用于放置液态金属2和溶液3的溶液池以及安置所述至少一个第一电极4和所述至少一个第二电极5的多个孔道；
[0010]所述液态金属2放置在所述溶液池的底部，上面填充有所述溶液3;
[0011]所述至少一个第一电极4连接电源负极，并且浸入所述液态金属2中；
[0012]所述至少一个第二电极5连接电源正极，并浸入所述溶液3中且与所述液态金属2不接触。
[0013]可选地，还包括柔性封装膜，所述封装膜设置在所述承载结构I的上表面，用于封装所述液态金属2和所述溶液3。
[0014]可选地，所述柔性封装膜由塑料、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二氧化硅和聚四氟乙烯中的一种或者多种制成。
[0015]可选地，所述溶液池的周围设有用于实现与所述溶液池中溶液交换的沟道，该沟道中设有用于安置所述至少一个第二电极5的孔道。
[0016]可选地，所述承载结构I由电绝缘材料制成。
[0017]可选地，所述电绝缘材料包括玻璃、塑料、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二氧化硅和聚四氟乙烯中的一种。
[0018]可选地，所述液态金属2为镓、镓铟合金、镓铟锡合金、铋铟锡合金和水银中的一种或者多种制成。
[0019]可选地，所述至少一个第一电极4和所述至少一个第二电极5由金、银、钛、镍和石墨中的一种或者多种制成。
[0020]可选地，所述至少一个第一电极4和所述至少一个第二电极5的数量为M:N;
[0021]其中，M、N为正整数。
[0022]可选地，还包括多个控制开关，每个控制开关的第一极连接电源正极，第二极连接所述第二电极5。
[0023 ]可选地，所述溶液3为碱性溶液、酸性溶液和盐溶液中的一种。
[0024]本实用新型实施例提供的软体机器人具有以下优点:
[0025]1.首次引入液态金属柔性电极在溶液中产氢再借助其驱动自身而实现柔性变形机器的技术思想，可确保超越单纯电润湿作用的强大动力的输出。
[0026]2.实现了无机械部件驱动下液态金属在竖直方向的运动控制，进一步拓展了液态金属软体机器的运动维度和灵活度，为液态金属软体机器的研发和设计提供了理论和技术指导。
[0027]3.所需驱动电压低，功率消耗小。采用自身电解所产生的氢气进行驱动，简单易行，驱动力强，无机械转动部件，不易损坏，性能稳定。
[0028]4.第一电极与第二电极的数量可以灵活设置，例如:M:N，其中，M、N为正整数。
【附图说明】
[0029]通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中:
[0030]图1是本实用新型的一种软体机器人的结构示意图；
[0031]图2是图1的A-A方向软体机器人的剖面示意图。
[0032]图3是图2所示软体机器人的驱动效果图；
[0033]图4是本实用新型实施例提供一种圆形承载结构、一个第一电极以及多个第二电极的软体机器人的俯视图；
[0034]图5是本实用新型实施例提供一种矩形承载结构、一个第一电极以及多个第二电极的软体机器人的俯视图；
[0035]图6是本实用新型实施例提供一种矩形承载结构、两个第一电极以及多个第二电极的软体机器人的俯视图；
[0036]图7是本实用新型实施例提供一种矩形承载结构、一个长条形第一电极以及多个第二电极的软体机器人的俯视图；
[0037]图8是本实用新型实施例提供一种矩形承载结构、多个第一电极以及多个第二电极的软体机器人的俯视图；
[0038]图9是本实用新型另一实施例提供的一种具有柔性封装膜的软体机器人的驱动效果图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0040]如图1?图3所示，本实用新型实施例提供了一种软体机器人，包括:电绝缘材料制成的承载结构1、液态金属2、溶液3、至少一个第一电极4和至少一个第二电极5，其中:
[0041]承载结构I上设有一个用于放置液态金属2和溶液3的溶液池以及安置至少一个第一电极4和至少一个第二电极5的多个孔道；
[0042]液态金属2放置在溶液池的底部，上面填充有溶液3;
[0043]至少一个第一电极4连接电源负极，并且浸入液态金属2中；
[0044]至少一个第二电极5连接电源正极，并浸入溶液3中且与液态金属2不接触。
[0045]本实用新型实施例提供的一种软体机器人工作原理如下:当液态金属2浸润在溶液3中，在其表面会形成电双层，在没有外部电磁场作用时，此电双层是均匀分布的。当至少一个第一电极4接通电源负极，至少一个第二电极5接通外部电源正极时，在液态金属2和溶液3中便形成了一个电场，液态金属2表面的电双层在外部电磁场作用下会重新分布，从而导致其表面各处的表面张力发生变化，并形成表面张力梯度。在此表面张力梯度的作用下，液态金属2表面张力大的地方会向表面张力小的地方流动。在本实用新型中，液态金属2的表面会向至少一个第一电极4和至少一个第二电极5之间的部位流动。除了表面流动之外，液态金属2同时充当了电解电极的阴极，至少一个第二电极5为电解电极的阳极。在通电状态下，溶液3将会发生电解，在液态金属2的表面生成氢气。阴极生成的氢气在液态金属2表面流动的带动下汇聚到液态金属2的底部，并将液态金属2局部拱起，使其呈现站立状。改变至少一个第一电极4和至少一个第二电极5的输入电压，可以调整液态金属2拱起的速度和高度，改变电极的位置可以改变拱起的位置，从而实现液态金属朝着逆重力的竖直方向运动。实际应用中，承载结构I需要采用电绝缘材料制成，例如玻璃、塑料、环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二氧化硅和聚四氟乙烯中的一种或者多种。当然，本领域技术人员可以根据该承载结构I电绝缘的特点，根据具体的应用场景选择其他类型的电绝缘材料，本实用新型不作限定。
[0046]实际应用中，在承载结构I设有溶液池，该溶液池用来放置液态金属2和溶液3ο该溶液池的形状可以按照承载结构I的形状进行设置，当然也可以单独设置，例如方形、矩形、圆形、椭圆形、环形或其它形状。溶液池中所填充的溶液为电解质溶液，可以为碱性溶液、酸性溶液和盐溶液中的一种。例如:NaOH溶液、NaCl溶液、Na2S04溶液。本领域技术人员可以根据具体的使用场景选择溶液和设置溶液池的形状，本实用新型不作限定。
[0047]可理解的是，本实用新型实施例中的多个孔道，用于安置至少一个第一电极4和至少一个第二电极5。根据至少一个第一电极4需要浸入液态金属2中的特点，可知用于安置至少一个第一电极4的孔道需要设置在溶液池内。根据至少一个第二电极5需要浸入溶液3中且与液态金属2不接触的特点，可知用于安置至少一个第二电极5的孔道可以设置在溶液池内，也可以设置在溶液池外；当孔道设置在溶液池内时，需要防止至少一个第二电极5接触到液态金属2，当孔道设置在溶液池外(即设置在承载结构I上面)，此时需要保证第二电极5浸入溶液3中，为此需要在孔道的周围设置用于与溶液池中溶液交换的沟道。上述沟道需要保证溶液3能够在溶液池与沟道内自由流动，并且还防止液态金属2进入其中。该沟道的数量可以为I个，此时至少一个第二电极5全部安置在沟道中；该沟道的数量可以为多个，此时每个第二电极5安置在相对应的孔道中。另外，沟道的形状可以为方形、矩形、圆形、