一種軟體機器人的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及機器人領域，尤其涉及一種軟體機器人。
【背景技術】
[0002]軟體機器人是一種新型的柔韌性機器人，可以模仿自然界中的昆蟲或軟體生物的運動來實現對人造柔性材料的驅動和控制。這種軟體機器人能夠鉆進人體或者傳統機器人難以進入的狹小空間中工作，從而可以用于震后救援或者戰場偵察等場合。
[0003]哈佛大學和麻省理工學院的研究人員已經研制出依靠空氣驅動的軟體機器人。然而，這種軟體機器人也存在一定的缺陷，它需要外部裝置實現空氣供給、抽吸與控制，目前還難以投入實際使用。
[0004]目前，研究者提出一種全新的軟體機器人材料一一室溫液態金屬。室溫液態金屬是指在室溫下呈液體狀態的金屬(下文簡稱液態金屬)。液態金屬具有許多優良的物理性質，例如:熱導率高、電導率高、表面張力大、沸點高、蒸發壓力與可流動特性極低。液態金屬兼具金屬的導電能力和液體的流動能力，使得其成為一種理想的軟體機器人材料，有望實現復雜環境下的穿梭流動與信息探測、傳遞功能。
[0005]液態金屬本身不帶靜電，將其浸入電解質溶液后，將會在表面反應形成陰離子，并吸引電解質溶液中的陽離子形成均勻的電雙層。在外電場的作用下，液態金屬表面的陰離子將會重新分布，靠近外電場正極的表面陰離子集中，遠離正極的表面陰離子則比較稀疏。液態金屬表面電荷的分布不均將會導致液態金屬與周圍電解質溶液界面的表面張力分布不均，從而產生自身表面的渦流流動以及驅動液態金屬向外電場陽極運動的驅動力。利用上述原理有研究者在實驗室開發出了驅動液態金屬球運動的控制方法，例如，利用電場控制液態金屬球定向平移運動、表面渦流運動以及大尺度的鋪展和收縮變形等。研究者還發現了液態金屬的電化學驅動方法。上述方法利用外部電磁場作用于液態金屬，或者利用電化學驅動方法來實現液態金屬的運動控制，具有結構簡單、能耗低、穩定性高等優點，能夠克服結構復雜的傳統機構驅動能耗高、容易損壞的不足。
[0006]可以看出，上文中對液態金屬的控制限制在二維平面內，且由外電場實現驅動故液態金屬的驅動力比較弱，無法用該方法驅動液態金屬以外的機構實現定向運動。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的其中一個目的在于提供一種軟體機器人，以解決現有技術中只能在二維平面內控制液態金屬且液態金屬所產生的驅動力偏弱難以操控液態金屬之外的機構實現特定運動的技術問題。
[0008]為實現上述實用新型目的，本實用新型實施例提供了一種軟體機器人，包括:由電絕緣材料制成的承載結構1、液態金屬2、溶液3、至少一個第一電極4和至少一個第二電極5，其中:
[0009]所述承載結構I上設有一個用于放置液態金屬2和溶液3的溶液池以及安置所述至少一個第一電極4和所述至少一個第二電極5的多個孔道；
[0010]所述液態金屬2放置在所述溶液池的底部，上面填充有所述溶液3;
[0011]所述至少一個第一電極4連接電源負極，并且浸入所述液態金屬2中；
[0012]所述至少一個第二電極5連接電源正極，并浸入所述溶液3中且與所述液態金屬2不接觸。
[0013]可選地，還包括柔性封裝膜，所述封裝膜設置在所述承載結構I的上表面，用于封裝所述液態金屬2和所述溶液3。
[0014]可選地，所述柔性封裝膜由塑料、環氧樹脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二氧化硅和聚四氟乙烯中的一種或者多種制成。
[0015]可選地，所述溶液池的周圍設有用于實現與所述溶液池中溶液交換的溝道，該溝道中設有用于安置所述至少一個第二電極5的孔道。
[0016]可選地，所述承載結構I由電絕緣材料制成。
[0017]可選地，所述電絕緣材料包括玻璃、塑料、環氧樹脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二氧化硅和聚四氟乙烯中的一種。
[0018]可選地，所述液態金屬2為鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鉍銦錫合金和水銀中的一種或者多種制成。
[0019]可選地，所述至少一個第一電極4和所述至少一個第二電極5由金、銀、鈦、鎳和石墨中的一種或者多種制成。
[0020]可選地，所述至少一個第一電極4和所述至少一個第二電極5的數量為M:N;
[0021]其中，M、N為正整數。
[0022]可選地，還包括多個控制開關，每個控制開關的第一極連接電源正極，第二極連接所述第二電極5。
[0023 ]可選地，所述溶液3為堿性溶液、酸性溶液和鹽溶液中的一種。
[0024]本實用新型實施例提供的軟體機器人具有以下優點:
[0025]1.首次引入液態金屬柔性電極在溶液中產氫再借助其驅動自身而實現柔性變形機器的技術思想，可確保超越單純電潤濕作用的強大動力的輸出。
[0026]2.實現了無機械部件驅動下液態金屬在豎直方向的運動控制，進一步拓展了液態金屬軟體機器的運動維度和靈活度，為液態金屬軟體機器的研發和設計提供了理論和技術指導。
[0027]3.所需驅動電壓低，功率消耗小。采用自身電解所產生的氫氣進行驅動，簡單易行，驅動力強，無機械轉動部件，不易損壞，性能穩定。
[0028]4.第一電極與第二電極的數量可以靈活設置，例如:M:N，其中，M、N為正整數。
【附圖說明】
[0029]通過參考附圖會更加清楚的理解本實用新型的特征和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本實用新型進行任何限制，在附圖中:
[0030]圖1是本實用新型的一種軟體機器人的結構示意圖；
[0031]圖2是圖1的A-A方向軟體機器人的剖面示意圖。
[0032]圖3是圖2所示軟體機器人的驅動效果圖；
[0033]圖4是本實用新型實施例提供一種圓形承載結構、一個第一電極以及多個第二電極的軟體機器人的俯視圖；
[0034]圖5是本實用新型實施例提供一種矩形承載結構、一個第一電極以及多個第二電極的軟體機器人的俯視圖；
[0035]圖6是本實用新型實施例提供一種矩形承載結構、兩個第一電極以及多個第二電極的軟體機器人的俯視圖；
[0036]圖7是本實用新型實施例提供一種矩形承載結構、一個長條形第一電極以及多個第二電極的軟體機器人的俯視圖；
[0037]圖8是本實用新型實施例提供一種矩形承載結構、多個第一電極以及多個第二電極的軟體機器人的俯視圖；
[0038]圖9是本實用新型另一實施例提供的一種具有柔性封裝膜的軟體機器人的驅動效果圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0040]如圖1?圖3所示，本實用新型實施例提供了一種軟體機器人，包括:電絕緣材料制成的承載結構1、液態金屬2、溶液3、至少一個第一電極4和至少一個第二電極5，其中:
[0041]承載結構I上設有一個用于放置液態金屬2和溶液3的溶液池以及安置至少一個第一電極4和至少一個第二電極5的多個孔道；
[0042]液態金屬2放置在溶液池的底部，上面填充有溶液3;
[0043]至少一個第一電極4連接電源負極，并且浸入液態金屬2中；
[0044]至少一個第二電極5連接電源正極，并浸入溶液3中且與液態金屬2不接觸。
[0045]本實用新型實施例提供的一種軟體機器人工作原理如下:當液態金屬2浸潤在溶液3中，在其表面會形成電雙層，在沒有外部電磁場作用時，此電雙層是均勻分布的。當至少一個第一電極4接通電源負極，至少一個第二電極5接通外部電源正極時，在液態金屬2和溶液3中便形成了一個電場，液態金屬2表面的電雙層在外部電磁場作用下會重新分布，從而導致其表面各處的表面張力發生變化，并形成表面張力梯度。在此表面張力梯度的作用下，液態金屬2表面張力大的地方會向表面張力小的地方流動。在本實用新型中，液態金屬2的表面會向至少一個第一電極4和至少一個第二電極5之間的部位流動。除了表面流動之外，液態金屬2同時充當了電解電極的陰極，至少一個第二電極5為電解電極的陽極。在通電狀態下，溶液3將會發生電解，在液態金屬2的表面生成氫氣。陰極生成的氫氣在液態金屬2表面流動的帶動下匯聚到液態金屬2的底部，并將液態金屬2局部拱起，使其呈現站立狀。改變至少一個第一電極4和至少一個第二電極5的輸入電壓，可以調整液態金屬2拱起的速度和高度，改變電極的位置可以改變拱起的位置，從而實現液態金屬朝著逆重力的豎直方向運動。實際應用中，承載結構I需要采用電絕緣材料制成，例如玻璃、塑料、環氧樹脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、二氧化硅和聚四氟乙烯中的一種或者多種。當然，本領域技術人員可以根據該承載結構I電絕緣的特點，根據具體的應用場景選擇其他類型的電絕緣材料，本實用新型不作限定。
[0046]實際應用中，在承載結構I設有溶液池，該溶液池用來放置液態金屬2和溶液3ο該溶液池的形狀可以按照承載結構I的形狀進行設置，當然也可以單獨設置，例如方形、矩形、圓形、橢圓形、環形或其它形狀。溶液池中所填充的溶液為電解質溶液，可以為堿性溶液、酸性溶液和鹽溶液中的一種。例如:NaOH溶液、NaCl溶液、Na2S04溶液。本領域技術人員可以根據具體的使用場景選擇溶液和設置溶液池的形狀，本實用新型不作限定。
[0047]可理解的是，本實用新型實施例中的多個孔道，用于安置至少一個第一電極4和至少一個第二電極5。根據至少一個第一電極4需要浸入液態金屬2中的特點，可知用于安置至少一個第一電極4的孔道需要設置在溶液池內。根據至少一個第二電極5需要浸入溶液3中且與液態金屬2不接觸的特點，可知用于安置至少一個第二電極5的孔道可以設置在溶液池內，也可以設置在溶液池外；當孔道設置在溶液池內時，需要防止至少一個第二電極5接觸到液態金屬2，當孔道設置在溶液池外(即設置在承載結構I上面)，此時需要保證第二電極5浸入溶液3中，為此需要在孔道的周圍設置用于與溶液池中溶液交換的溝道。上述溝道需要保證溶液3能夠在溶液池與溝道內自由流動，并且還防止液態金屬2進入其中。該溝道的數量可以為I個，此時至少一個第二電極5全部安置在溝道中；該溝道的數量可以為多個，此時每個第二電極5安置在相對應的孔道中。另外，溝道的形狀可以為方形、矩形、圓形、