[发明专利]一种磁性软体机器人的可控磁化光固化打印装置及方法

说明书

本发明提供一种磁性软体机器人的可控磁化光固化打印装置及方法，装置包括光敏树脂固化单元和三维空间磁场发生装置，光敏树脂固化单元包括紫外阵列光源、磁化后的磁性颗粒、硅胶/水凝胶等软体材料、棱镜部件、混合基液池、承载台和升降装置。该系统在打印过程中根据各区域不同的磁化方向，在指定方向的空间磁场环境下，对该区域进行局部紫外光固化，由于三维空间磁场发生装置能够在间隔空间中产生任意方向的空间均匀磁场，故对于任何一个区域都能够实现三维磁矩调控。本发明通过协同控制空间磁场方向与指定区域的光固化，从而实现了可控三维磁矩磁性软体机器人的制备过程，提高了磁性软体机器人磁化路径调控的灵活性。

技术领域

本发明属于磁性软体机器人制备领域，更具体地，涉及一种磁性软体机器人的可控磁化光固化打印装置及方法。

背景技术

软体机器人具有高自由度、强变形能力和强适应性等特征，在医疗诊断、环境检测和空间探测等多领域展现出广泛的应用前景。其中，基于磁场驱动的磁性软体机器人技术具有非接触、可控性强和穿透性能好等显著优势，已成为当前软体机器人领域的研究前沿和热点，并产生了诸多重要影响力的研究成果。

目前，磁性软体机器人的一项主流制备技术是将磁性材料与软物质材料相结合，经磁场处理后在其内部形成非均匀的磁化分布特征以响应后续激励磁场。然而，磁化过程仍限于单一磁场模式，由于材料的磁响应特性及材料间的磁作用行为与外加磁化磁场呈现出特定对应关系，使得机器人自身磁特性难以调控。

美国麻省理工学院赵选贺团队提出基于磁化磁场辅助的3D打印软体机器人技术，在该方法中，含有铁磁微粒的弹性体复合材料作为3D打印的油墨。打印过程中，在喷管处施加一个可编程方向的磁场，使粒子沿着所施加的磁场下重新定向，从而使打印出来的丝状物具有带图案的磁极。该方法存在一定的局限性，由于该体系强依赖于磁畴组间的相互作用，限定了磁化特性的优化路径和调控空间，仅能实现径向二维磁矩的调控。

德国马普智能系统研究所团队提出了一种基于激光加热辅助微米尺度下的精确编程或者修正软体磁化方向的方法，该方法是通过在软磁性材料上加热辅助磁性编程来实现的，方法是加热到硬磁性颗粒的居里温度以上(区域半径可达808nm)，并在冷却过程中将其磁畴与外部磁场重新定向，如下图所示。通过热辅助磁化，可以离散编码3D中的变形指令，并根据需要以高分辨率重新编程。该方法适用于磁性软体机器人的磁矩二次调控，单受制于激光加热深度，一般仅限于超薄型机器人磁化调控。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种磁性软体机器人的可控磁化光固化打印装置及方法，旨在解决目前磁性软体机器人制备过程中无法实现内部精确高效的三维磁矩调控的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种磁性软体机器人的可控磁化光固化打印装置，包括：混合基液池、磁场发生装置、紫外阵列光源以及承载台；

所述混合基液池用于注入混合液体，所述混合液体包括液态光敏树脂和磁性颗粒；所述磁性颗粒已经经过磁化处理；

所述磁场发生装置用于向混合基液池内的混合液体提供一个三维空间方向可任意控制的磁场，以对混合液体预设区域内的磁性颗粒进行预设磁场方向的磁化取向；

所述承载台的承载面一侧正对混合基液池的上方，所述承载台可以上下方向移动，移动到底部时其承载面可以置于所述混合液体内；

所述紫外阵列光源置于混合基液池的下方，当所述承载面置于混合液体内时，所述紫外阵列光源用于向指定区域的混合液体发射紫外光，使得指定区域的混合液体在所述紫外光的作用下固化至所述承载台的承载面；其中，所述液态光敏树脂在紫外光作用下会发生固化，并带动对应区域的混合液体发生固化；