[发明专利]基于细菌驱动的微型机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是涉及一种基于细菌驱动的微型机器人。

背景技术

近几年来，国内外对于机器人的驱动方式进行了大量研究，新型驱动原理对于扩充人类的活动范围非常重要，利用生物能量，特别是微型生物能量的探索才刚刚开始。利用微型生物的能量，通过控制微型生物运动从而带动机器人运动时一个新的研究领域。

能量供给是微型机器人微型化设计中的关键及主要挑战，利用细菌等生物的能量作为微型机器人的能量驱动是一个非常有效地尝试。研究细菌在液体中依附于微型机器人并推动机器人运动的环境模拟与试验技术等能促进对细菌运动控制的使用并推动机器人在医疗卫生、环境以及化学等行业的发展，由于纳米技术的发展，这种具有低成本的微型机器人具有非常实用的前景。但是目前的微生物驱动的微型机器人普遍存在动力不足、状态不稳定等缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、易于实现、动力充足稳定的基于细菌驱动的微型机器人。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于细菌驱动的微型机器人，其特征在于，该微型机器人置于溶液中，所述的微型机器人包括本体、感应线圈、细菌培养胶体和鞭毛细菌，所述的鞭毛细菌固定在细菌培养胶体，所述的细菌培养胶体、感应线圈固定在本体上，所述的感应线圈处于交变电场中；

施加交变电场后感应线圈中产生电流，溶液电解，产生pH梯度场推动鞭毛细菌定向移动，鞭毛细菌推动本体移动。

所述的本体的直径为200～800μm。

所述的本体和细菌培养胶体均由绝缘材料加工而成，细菌培养胶体位于本体后部。

所述的感应线圈固定于本体的上方或下方，且浸没在溶液中。

所述的溶液为带有氢氧根的碱性溶液。

所述的溶液为氢氧化钠溶液。

所述的感应线圈的直径为20～50μm，所述的感应线圈构成闭合回路。

所述的感应线圈采用惰性金属材料。

所述的鞭毛细菌同向、有序地排列于细菌培养胶体上，所述的鞭毛细菌的鞭毛位于本体的末端。

与现有技术相比，本发明具有结构简单、配合外加交变电场、可在溶液中运动、加工方便、易于实现、动力充足稳定。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1、图2所示，一种基于细菌驱动的微型机器人，该微型机器人置于溶液中，所述的微型机器人包括本体1、感应线圈2、细菌培养胶体3和鞭毛细菌4，所述的鞭毛细菌4固定在细菌培养胶体3，所述的细菌培养胶体3、感应线圈2固定在本体1上，所述的感应线圈2处于交变电场中；施加交变电场后感应线圈2中电流电解溶液，产生pH梯度场推动鞭毛细菌4定向移动，鞭毛细菌4推动本体移动。

(1)微型机器人置于溶液中

溶液必须可电解产生氢离子，感应线圈浸没于溶液中，溶液可选择氢氧化钠、氢氧化钾等带有氢氧根的碱性溶液。

(2)、感应线圈采用铂丝

要求线圈不发生物理、化学变化，具有点化学稳定性，因此采用惰性金属材料。

(3)、外加交变电场覆盖溶液所在区域

基于电磁感应原理，外加交变电场使感应线圈中产生感应电流，金属丝中形成电流回路。基于电化学原理，电极过程启动，线圈周围溶液被电解，电解溶液的过程中，发生氧化反应的区域产氢离子和氧气，发生还原反应的区域产生氢氧根离子和氢气。因此氢离子浓度升高后，pH值减小，同理，还原反应处氢离子浓度降低，pH值增大。产生pH梯度场。

(4)、微型机器人运动

由于趋药性，在pH梯度场中鞭毛细菌自发地向适合生存的pH值区域作趋化运动，因其固定在微型机器人的细菌培养胶体上，便推动机器人运动。

(5)、微型机器人控制

改变外加交变电场的频率、幅值及电场方向，即可控制细菌及微型机器人的运动速度、方向。

由于细菌的微观尺寸，需选用轻质绝缘材料制作微型机器人本体及培养胶体；在胶体上培养细胞和细菌，是组织工程学上的成熟技术；由于细菌生存条件限制，实验过程中需注意温度、pH值等的影响；交变电压幅值不可过大，根据实验经验，感应电动势不宜超过3.0V，否则会使细菌失去活性；细菌特性对机器人影响极大，应选择活性高、pH浓度敏感的细菌进行培养，如大肠杆菌；细菌密度不可过大，否则细菌会相互缠绕在一起，失去动力。