[发明专利]一种微型拖曳机器人的制备方法

说明书

本发明公开了一种微型拖曳机器人及其制备方法，由驱动模块和功能模块两部分组成，其中驱动模块包括四只磁性驱动蹼，每只磁性驱动蹼中镶嵌有若干磁结构，功能模块包括拖曳装置和压缩垫，拖曳装置由两个捕获臂和两个磁性锁扣组成，捕获臂上有若干环抱臂，驱动模块和功能模块通过缓冲膜连接。该微型拖曳机器人，由于体积小且结构柔软，在生物体器官中对异物的清理、药物的运输，以及体内深处微创口的缝合等医学领域有着重要的应用价值。

技术领域

本发明属于微型软体器件制备技术领域，具体涉及一种微型拖曳机器人及其制备方法。

背景技术

软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全。机器人本体利用柔软材料制作，一般认为是杨氏模量低于人类肌肉的材料；区别于传统机器人电机驱动，软体机器人的驱动方式多种多样，它可将外部能量转化成机械功输出从而获取动力，进而实现空间中的三维自主运动，其所利用的外部能量形式主要取决于所使用的材料，从响应的能量角度来划分主要分为如下几类：电场、压力、磁场、化学反应、光场、温度梯度等。除了材料之外，机器人尺寸也是影响其应用的重要指标，例如在微小空间内要想实现物质运输、信息采集、能量传递等功能，大型机器人就无法胜任；而微型机器人由于体积小、制造难度大等特点导致操作及驱动相对于大型机器人而言较为困难，而磁场由于其非接触、参数可控和矢量性等优异性成为最具潜力的微型机器人驱动方式之一。根据近年来的研究表明，通过对磁场的大小、交变频率、作用角度等参数的精确调控，可以做到对机器人的各部分进行精密可编程操控，这些研究为微型软体机器人的进一步应用打下了坚实的基础。

在生物医学领域中，经常涉及到组织器官中异物的清理、转移，药物的定向输运，而生物体内复杂的结构、狭小的空间以及错综的血管与神经使得医务人员很难在各种情况下完成上述任务，此时需要借助一种能够携带货物的功能型机器人来协助医务工作者，此机器人需要满足下列要求：首先必须足够的小，使其能够自如地穿梭在狭小的器官中；其次必须可控，能够对外界的某种信号做出反应，使得人们可以控制它前往目标位置；然后其结构必须柔软，防止对生物体器官造成刮伤；最后制作该机器人的材料必须无毒。另外，打结是我们日常生活中非常基本的技能，但是在医学中一些体内深处的创口缝合打结时，往往很困难。基于此，若能开发出一种具备运载货物以及系微型结功能的微型软体机器人，不仅可以利用其进行器官中异物的清理、药物的运输，还可以对微创口的缝合提供极大帮助，具有十分重要的应用价值，而目前国内尚未发现有类似功能的机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种微型拖曳机器人及其制备方法，可实现对目标货物的定向运输，以及系微型结等功能。

本发明的技术方案为：一种微型拖曳机器人，由驱动模块和功能模块两部分组成，其中驱动模块包括四只磁性驱动蹼，每只磁性驱动蹼中镶嵌有若干磁结构，功能模块包括拖曳装置和压缩垫，拖曳装置由两个捕获臂和两个磁性锁扣组成，捕获臂上有若干环抱臂，驱动模块和功能模块通过缓冲膜连接。

优选的方案中，所述磁性驱动蹼材料为柔性材料，其能够发生的最大弹性形变角度大于90度。

优选的方案中，所述磁性驱动蹼长度为10微米-1厘米，厚度为1微米-1毫米。

优选的方案中，所述磁性驱动蹼内部或表面镶嵌有若干磁结构。

进一步的方案中，所述磁结构具有形状各向异性。

进一步的方案中，所述磁结构的长轴与短轴尺寸比大于10。

进一步的方案中，所述磁结构与磁性驱动蹼的相对位置为：磁结构的长轴垂直于磁性驱动蹼与行走面的切线。

优选的方案中，所述压缩垫材料为柔性材料，其强度要求为：压缩垫在承受拖曳装置的自然重量时0~1微米弹性形变，在拖曳装置受磁力的作用下压缩垫可发生较明显的弹性形变。

进一步的方案中，所述拖曳装置由第一捕获臂、第二捕获臂和两个磁性锁扣组成。