(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210499688.7 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 西湖大学 地址 310024 浙江省杭州市西湖区转塘街 道石龙山 街18号 (72)发明人 吕久安　赵桐辉　 (74)专利代理 机构 杭州汇和信专利代理有限公 司 33475 专利代理师 董超 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种光驱动人工肌肉自持续波动的方法、 系 统及应用 (57)摘要 本发明提供一种光驱动人工肌肉自持续波 动的方法、 装置及应用， 将弯曲的人工肌肉两端 固定， 驱动光源照射人工肌肉， 其中人工肌肉的 原材料为掺杂了光吸收剂的光致形变高分子材 料， 在驱动光源的刺激下人工肌肉自持续性地由 弯曲结构产生局部收缩和膨胀产生波浪结构， 其 中波浪结构 包括但不限于： 扭转波、 边缘波、 中心 波， 该人工结构在不同的结构性光斑照射下可自 发产生不同的波形且波形可朝着一定方向传播， 且该人工肌肉可实现任意蠕动波浪的结构性编 程， 进而应用在各类波浪控制场景中。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 114833831 A 2022.08.02 CN 114833831 A 1.一种光驱动人工 肌肉自持续波动的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 将弯曲的人工肌肉两端固定， 驱动光源照射人工肌肉， 其中人工肌肉的原材料为掺杂 了光吸收剂的光致形变高分子材料， 在驱动光源的刺激下人工肌肉自持续性地由弯曲结构 产生局部收缩和膨胀 产生波浪结构， 其中波浪结构包括但不限于： 扭转波、 边 缘波、 中心波。 2.根据权利要求1所述的光驱动人工肌肉自持续波动的方法， 其特征在于， 驱动 光源的 光斑的光强由中心向两侧递减时， 人工肌肉产生边缘波， 波浪运动的振幅0～1.5mm， 频率0 ～1Hz； 驱动光源的光斑由光强由中心向两侧递增时， 人工肌肉产生中心波， 人工肌肉产生 中心波浪运动， 波浪运动的振幅0～1.0m m， 频率0～ 2Hz。 3.根据权利要求1所述的光驱动人工肌肉自持续波动的方法， 其特征在于， 驱动 光源提 升人工肌肉光照射区域的温度， 光照射区域的人工肌肉面内压应力增加导致人工肌肉朝着 面外方向产生局部形变。 4.根据权利要求1所述的光驱动人工肌肉自持续波动的方法， 其特征在于， 驱动 光源为 非均匀性 光斑， 所述非均匀性 光斑具有不同的光照梯度。 5.根据权利要求4所述的光驱动人工肌肉自持续波动的方法， 其特征在于， 所述非均匀 性光斑是光源在掩膜版或者灰度图案上产生的图案结构性 光斑。 6.根据权利要求1所述的光驱动人工肌肉自持续波动的方法， 其特征在于， 使用模具将 掺加光吸收剂的液晶弹性体低聚物初步成型得到片 状薄膜前驱体， 对片 状薄膜前驱体进 行 单向拉伸后继续进行交联反应得到薄膜， 将薄膜剪裁成条带状薄膜得到人工肌肉， 其中液 晶弹性体低聚物为含有液晶基元的单体。 7.根据权利要求1所述的光驱动人工肌肉自持续波动的方法， 其特征在于， 人工肌肉薄 膜厚度为90～ 200 μm， 宽度2 ～6mm， 长度6～40m m。 8.一种光驱动人工肌肉自持续波动的装置， 其特征在于， 包括： 人工肌肉， 其中人工肌 肉的原材 料为掺杂了光吸 收剂的光 致形变高分子材 料； 提供驱动光源的光照装置； 将弯曲的人工肌肉两端固定， 驱动光源照射人工肌肉的任意位置， 在驱动光源的刺激 下人工肌肉自持续性地由弯曲结构产生局部收缩和膨胀产生波浪结构， 其中波浪结构包括 但不限于： 扭转波、 边 缘波、 中心波。 9.一种光驱动人工肌肉自持续波动的方法的应用， 其特征在于， 所述人工肌肉应用于 制备爬行机器人， 以作为爬行机器人的引擎以通过波浪驱动爬行机器人 前进。 10.一种光驱动人工肌肉自持续波动的方法的应用， 其特征在于， 所述人工肌肉应用于 制备传输装置， 以作为传输装置的传送带以通过波浪驱动物体传输 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114833831 A 2一种光驱动人工肌肉 自持续波动的方 法、 系统及应用 技术领域 [0001]本发明涉及能源机械转换领域， 特别涉及一种光驱动人工肌肉自持续波动的方 法、 系统及应用。 背景技术 [0002]构筑一个具有自适应能力和自主的软机器人系统， 使得具有可编程的形状变形在 科学和工程方面具有应用前景。 对于生物系统， 如腹足类等， 可以将其柔软的片 状组织变形 为三维波浪形态， 并通过自振荡产生波浪运动， 在自动推进、 运输等方面提供了一种通用而 简便的方法。 然而， 为了人工生成波浪运动， 传统的机器人系统需要集成许多离散的驱动 器， 每个驱动器之间都以一种协调的方式进行单独控制和供能， 这不可避免地导致了波浪 系统在设计、 制造、 控制和供能等方面的复杂性， 特别是当一个机器人系统的尺寸缩小到毫 米甚至更小的时候， 将变得不可能。 [0003]软智能形变材料具有材料本身固有的智能变形行为， 并能够在恒定 的、 静态的能 量驱动下进行自振荡运动， 可以赋予人造机器人系统自主智能特点， 从而有效地降低系统 的复杂性。 科学家和工程师试图用两种 形变材料来制 造波浪运动： 凝胶材料和光敏液 晶聚 合物。 前者利用了Belouzov ‑Zhabotinsky反应产生的化学振 荡， 诱导凝胶自发的产生膨胀 ‑ 消胀振荡， 形成波状变形。 然而， 凝胶材料必须在潮湿的环境下工作， 而大多数工程应用在 干燥的环境下工作。 [0004]尽管之前做出了许多创造性的努力， 但到目前为止， 在人造软机器人系统中开发 出来的波浪在形态和功能上与从生物有机体中观 察到的相比， 仍然远远没有达到多样性的 范畴。 例如， 海蛞蝓片 状脚踏板上的波浪运动使它们能在 海床上自由爬行； 哺乳动物肠道内 的蠕动波使食物沿着肠道顺利运输。 也就是说， 目前 的软机器人 的方案还远远达不到生命 体层面的波浪形态， 无法实现波浪的自主传播， 进 而限制了推进、 运输等诸多领域的应用。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种光驱动人工肌肉自持续波动的方法、 系统及应用， 设 计了一种能够自由收缩和膨胀的光响应人工肌肉， 其在不同的结构性光斑照射下可自发产 生不同的波形且波形可朝着一定方向传播， 且该人工肌肉可实现任意蠕动波浪的结构性编 程。 [0006]为实现以上发明目的， 本方案提供了一种光驱动人工肌肉自持续波动的方法， 包 括以下步骤： [0007]将弯曲的人工肌肉两端固定， 驱动光源照射人工肌肉， 其中人工肌肉的原材料为 掺杂了光吸收剂的光致形变高分子材料， 在驱动光源的刺激下人工肌肉自持续性地由弯曲 结构产生局部收缩和膨胀产生波浪结构， 其中波浪结构包括但不限于： 扭转波、 边缘波、 中 心波。 [0008]第二实施例， 本方案提供了一种光驱动人工肌肉自持续波动的装置， ， 包括： 人工说　明　书 1/7 页 3 CN 114833831 A 3