[发明专利]一种可重构模块化微型机器人及其制备方法

权利要求书

1.一种可重构模块化微型机器人的制备方法，其特征在于，该微型机器人经过铂纳米颗粒不对称修饰的碳纳米材料纤维作为组装单元，通过模块化组装方式首尾连接构成；组装单元上铂纳米颗粒在化学溶剂过氧化氢溶液中催化分解反应产生气泡，使纤维状组装单元在液面上获得稳定的推力矩，从而形成稳定的类定轴旋转；多根纤维状自驱动单元经结构设计与定向受力分析，通过模块化组装的方式得到高度可定制化的微型制动系统，根据实际使用场景需要达到稳定可控的旋转或直线位移运动；所述的碳纳米材料纤维为取向碳纳米管纤维或石墨烯纤维；

具体步骤为：

（1）碳纳米材料纤维的制备，包括取向多壁碳纳米管纤维的制备和石墨烯纤维的制备：

取向多壁碳纳米管纤维的制备：首先将取向多壁碳纳米管薄膜以刀片直接从宽度为3-7厘米的可纺多壁碳纳米管阵列中牵引出来，使用手动纺丝机在300-1000转每分钟的转速下，将其卷裹为取向多壁碳纳米管纤维，沿纤维轴向滴涂乙醇溶液，室温下干燥1-2小时，得到定型的取向多壁碳纳米管纤维；

石墨烯纤维的制备：取20-60克氧化石墨烯粉末分散在10-30毫升去离子水中，获得氧化石墨烯分散液，超声振荡2-4小时，然后将该分散液加热浓缩至2毫升；将所得浓缩液注入内径为50-500微米的聚四氟乙烯管，将其两端密封，150-280℃温度条件下在马弗炉中加热2-6小时，得到石墨烯纤维；

（2）铂纳米粒子不对称修饰的纤维状微型机器人组装单元的制备：

配置含0.1-1毫摩尔每升氯铂酸钾，0.1-1摩尔每升的电解液，采用三电极体系，通过电化学沉积，在碳纳米材料纤维表面修饰铂纳米颗粒；其中，工作电极为直径10-100微米、长度1-10毫米的碳纳米材料纤维，碳纳米材料纤维固定在载玻片上，使其只有一个圆柱面充分浸润在电解液中，且使碳纳米材料纤维长度的二分之一在电解液液面之上，对电极为铂丝，参比电极为银/氯化银电极；采用双电位阶跃法进行电化学沉积，电位1为0.4-0.5伏，维持时间10-20秒，电位2为-0.7伏至-0.5伏，维持时间10-20秒，如上组合20-40秒为一个周期；进行双电位阶跃沉积10-200个周期，从电解液中取出载玻片，室温下干燥1-2小时，获得接近四分之一纤维侧圆柱面修饰铂纳米颗粒的纤维状微型机器人组装单元；

其中，当碳纳米材料纤维为取向多壁碳纳米管纤维时，得到的是基于取向多壁碳纳米管的纤维状微型机器人组装单元；当碳纳米材料纤维为石墨烯纤维时，得到的是基于石墨烯的纤维状微型机器人组装单元；

（3）可重构模块化微型机器人制动体系的制备：

将步骤（2）中所得纤维状微型机器人组装单元以首尾相连的方式，通过受力分析，组成不同的二维或三维结构，即实现具有不同运动模式的可重构模块化微型机器人制动体系。

2.根据权利要求1所述的可重构模块化微型机器人的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述通过受力分析组成不同的二维结构，包括：使组成组装体的合力矩同为顺时针或同为逆时针，则组装体整体产生旋转运动；或者使组成组装体的合力矩方向一致，则组装体产生直线位移运动。

3.根据权利要求2所述的可重构模块化微型机器人的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述通过受力分析组成不同的三维结构，包括：在组装成二维直线运动模式的组装体后，在其垂直方向进一步组装普通取向碳纳米管纤维作为垂直支撑，这样即搭建成三维结构的微型驱动运输体系。