[发明专利]一种磁软体材料的磁重构编程装置及方法

说明书

本发明提供一种磁软体材料的磁重构编程装置及方法，包括：加热单元，对待磁重构磁软体机器人进行加热；将磁软体机器人加热到预设温度后，磁软体机器人内的磁性颗粒在磁体阵列产生复合空间磁场作用下被编程磁化转向，随后将磁软体机器人冷却，且在冷却过程中保证复合空间磁场持续作用磁软体机器人，直至相变复合磁粉再次固化，完成对磁软体机器人的磁重构；磁软体机器人任意区域的磁性颗粒的磁化转向方向能够在复合空间磁场的作用下任意可控。本发明只需要一步磁重构编程，就可以实现复杂的磁化重构，而且不需要在磁化前使用模具辅助来改变软磁复合材料的形状，也不需要使用激光等装置进行多步加热重定向过程，磁重构结构简单且精度高。

技术领域

本发明属于磁软体材料领域，更具体地，涉及一种磁软体材料的磁重构编程装置及方法。

背景技术

软体机器人是一种主体或者主要功能结构由软体材料(弹性模量大小介于10⁴Pa-10⁹ Pa之间的材料)构成的机器人。与传统刚体机器人相比，软体机器人具有自由度高，变形能力强，适应性好等优点，在生物工程，医疗等领域具有广阔的应用前景。在众多的软体机器人中，电磁驱动方式作用下的磁软体机器人具有非接触、可控性强和穿透性能好等显著优势，逐渐成为当前软体机器人领域的研究前沿和热点。

软体机器人的潜在应用领域对其变形形态的复杂性与可控性提出了更为苛刻的要求。因此，为了实现磁性软体机器人的多模态运动，磁性软体材料的重构磁化方法成为相关领域的研究热点之一。

为了实现磁性软体材料的重构磁化，现有的磁重构技术可以将其概括分类为三种：居里温度磁重构法，高场直接磁编程法，固液态转换重构法。居里温度磁重构法利用了磁性材料加热到居里温度时出现磁性消退的现象，进行磁性材料的退磁和二次编程磁化。主要缺点在于磁性材料的居里温度较高，因此该方法对加热装置的设计要求较高，同时较高的加热温度也增加了磁重构过程的操作危险性。高场直接磁编程法利用了磁性材料在高强度磁场作用下可以进行退磁和重新磁化，在更高强度的磁场下直接进行退磁与二次磁化重构。该方法的主要缺点是对磁化装置的磁场强度要求很高，需要磁化装置能够提供很强的退磁磁场与重新磁化磁场，同时重新磁化的编程类型也相对单一，需要模具的辅助才能进行多种类型的编程磁化。

与以上两种方法相比，固液态转换重构法同时具有能够在较低的加热温度，较低的编程磁场下，完成磁重构过程的特殊优势。固液态转换重构法利用低熔点相变材料外壳包裹磁粉制备复合磁粉颗粒，在加热温度达到相变材料熔点时，此时外壳材料熔化，磁粉颗粒处于局部液态环境下，此时可以磁粉颗粒可以在较低磁场下进行编程转向，进而实现磁性材料的编程磁化。该方法的现有实现技术包括两种：一种是采用激光进行局部加热，这类方法的控制精度较高，但是激光的引入大大增加了磁重构装置的复杂度，同时当磁软体材料厚度增加时，激光难以对距离加热表面较远的材料内部进行加热，因此材料底层的磁重构效果较差。另一种是整体加热的方式，利用模具的方式改变磁软体材料的几何形状，进行重构磁化，这类方法具有重构过程简单，磁化速度相对较快的优势，但是缺点在于实施过程中往往需要特定的模具进行辅助和编程精度有限。

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软体材料的磁重构编程装置及方法，旨在解决现有磁性软体材料的重构磁化方法对底层磁化材料重构效果差或者结构复杂精度有限的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种磁软体材料的磁重构编程装置，包括：加热单元和磁化调控单元；

所述加热单元，用于对待磁重构磁软体机器人进行加热；所述磁软体机器人由相变复合磁粉和软体材料混合制备得到；

所述磁化调控单元，包括可编程的磁体阵列；所述磁体阵列包括至少一对磁体单元；每对磁体单元包括两个磁体块，且两个磁体块相对磁软体机器人所在平面对称分布；通过对磁体阵列多对磁体单元的磁场方向分别进行控制，使得磁体阵列在磁软体机器人所在平面产生任意位置磁场方向任意可控的复合空间磁场；