[发明专利]具有多模式、高自由度形变的纤维执行器及其制备和应用

权利要求书

1.一种具有多模式、高自由度形变的纤维执行器，其特征在于，利用可两步法加工的液晶弹性体材料经螺纹结构的模具成型后再拉伸取向制备得到，其中螺纹模具成型后的弹簧形液晶弹性体纤维为初步化学交联形成的低聚物，然后通过拉伸弹簧形液晶弹性体纤维在其横截面上产生不对称应力、应变分布并使液晶单轴取向，通过进一步的化学交联反应固定横截面上的应力梯度和液晶取向；在光刺激下发生多模式、高自由度形变，其中纤维执行器有五种基本形变模式：收缩、弯曲、扭转、缠绕和螺距变短；其中弯曲、扭转、缠绕为高自由度形变模式。

2.根据权利要求1所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器，其特征在于，其中液晶弹性体低聚物通过烯醇点击反应、迈克尔加成反应或自由基聚合制备，初步交联的液晶弹性体低聚物经过拉伸取向，然后通过进一步的交联反应固定形状和取向。

3.根据权利要求1所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器，其特征在于，利用同一光源照射纤维执行器的同一位置，纤维执行器会发生形变，调节光源的强度和光斑辐射区域大小主动调节纤维执行器的形变方式。

4.根据权利要求1所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器，其特征在于，利用多个光源组合刺激同一纤维执行器的不同位置，协同调节同一纤维执行器发生两种或两种模式以上形变，调节光源的强度和光斑辐射区域大小改变纤维执行器的形变模式种类。

5.一种调节纤维执行器发生单一形变的方法，其特征在于，利用同一光源刺激纤维执行器的同一位置，利用调节照射在纤维执行器上的光源的强度或光斑辐射区域大小，调节该纤维执行器发生单一形变，其中纤维执行器的形变包括：收缩、弯曲、扭转、缠绕和螺距变短的至少一种，其中采用如权利要求1到4任一所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器作为纤维执行器。

6.一种调节纤维执行器发生组合形变的方法，其特征在于，利用多个光源照射纤维执行器的不同位置，利用调节照射在纤维执行器上的刺激强度或刺激位置，调节该纤维执行器发生组合形变，其中纤维执行器的组合形变包括：收缩、弯曲、扭转、缠绕和螺距变短的至少两种的组合，利用光的强度和光斑辐射区域大小的调节可以改变不同位置产生的形变模式，其中采用如权利要求1到4任一所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器作为纤维执行器。

7.一种光驱动纤维执行器缠绕抓取物体的方法，其特征在于，移动纤维执行器靠近待抓取物体，光照射纤维执行器靠近待抓取物体的一端，以驱动该端纤维执行器缠绕并抓取待抓取物体，其中采用如权利要求1到4任一所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器作为纤维执行器。

8.一种光驱动纤维执行器弯曲抓取物体的方法，其特征在于，光照射纤维执行器发生缠绕形变形成一个或多个环形结构，驱动环性结构缠绕在待抓取物体上并抓取待抓取物体，其中采用如权利要求1到4任一所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器作为纤维执行器。

9.一种根据权利要求1到4任一所述的具有多模式、高自由度形变的纤维执行器的应用，其特征在于，应用于人工肌肉或机械手臂中，实现物体的抓取、移动、旋转、提升以及释放。

10.一种具有多模式、高自由度形变的纤维执行器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备螺旋型纤维前驱体：

将含有液晶基元的单体与含有光热转换的材料通过键合或掺杂的方式通过烯醇点击反应、迈克尔加成反应或自由基聚合在具有螺纹结构的模具中初步聚合成型，剥离得到未完全交联的螺旋型纤维前驱体；

2)制备纤维执行器：

将未完全交联的螺旋型纤维前驱体通过拉伸、解捻得到直线纤维，继续将直线纤维拉伸设定比例后固定，使硫醇基团和烯烃基团完全交联固化得到具有单轴取向的多模式、高自由度纤维执行器。