[發明專利]一種仿生感知執行一體化柔性致動器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910176288.0
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109866480B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 韓志武;劉林鵬;張俊秋;王大凱;孫濤;王可軍;牛士超;侯濤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/04;B32B15/18;B32B25/04;B32B27/06;B32B1/08;B32B3/30;G01D5/16
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;朱陽波

本發明公開了一種仿生感知執行一體化柔性致動器及其制備方法，所述柔性致動器包括：IPMC致動層、設置在所述IPMC致動層上膠粘劑層以及設置在膠粘劑層上的仿生應變傳感元件；所述仿生應變傳感元件包括：設置在所述IPMC致動層上的柔性基底層，所述柔性基底層上設置有仿生V型槽陣列，設置在所述柔性基底層上的導電層以及設置在所述導電層上的第一電極。當外界振動波傳輸到仿生應變傳感元件上，且仿生應變傳感元件的輸出電阻達到預設值時，IPMC致動層自動啟動并出現致動彎曲，且進一步帶動仿生應變傳感元件層發生形變。根據輸出的電阻值即可間接獲知致動器的致動程度，從而實現感知執行一體化且致動智能可控的目的。

技術領域

本發明涉及致動器領域，尤其涉及的是一種仿生感知執行一體化柔性致動器及其制備方法。

背景技術

近年來，研究者們發展了多種致動器，它們能夠被電、熱、光或濕度等外界刺激所驅動而產生形變。然而目前所報道的大部分致動器都只是依靠智能材料的本身屬性去感知環境信息并且實現致動效果。這種依靠智能材料的本身屬性去感知環境信息并且實現致動的致動器不但無法智能識別信號，也無法根據環境信號做出智能可控的執行行為。從仿生角度來看，這也是有悖于生物所采取從感知到執行的方式的。高等生物通過分布在其體表的感受器感知外界的環境信號，如聲音、振動、光線等，這些感受器將這些信號進行編碼后經神經元傳輸到中樞神經系統進行信息解碼翻譯處理，之后傳遞信息于執行機構進行執行處理。在生物中，鮮有單獨利用材料自身的固有特性去實現整個感知與執行的過程，而是大部分通過感受器感知信號，執行機構執行處理的方式實現感知執行的功能。如人的手上分布著各種不同的感受器，如觸覺感受器、壓覺感受器、痛覺感受器等，這些感受器充當著感知外界信息的媒介，而手上的肌肉纖維等則充當著執行器的角色，兩者合為一體，實現了感知執行的一體化。這里的感知是智能的，可高精度、高靈敏分辨的，執行是可控的，可根據具體工況實現不同程度的執行力度的。

因此，現有致動器還有待于提高和發展。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種仿生感知執行一體化柔性致動器及其制備方法，旨在解決現有技術中致動器無法實現感知和執行一體化的問題。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

一種仿生感知執行一體化柔性致動器，其中，包括：IPMC致動層、設置在所述IPMC致動層上膠粘劑層以及設置在膠粘劑層上的仿生應變傳感元件；所述仿生應變傳感元件包括：設置在所述IPMC致動層上的柔性基底層，所述柔性基底層上設置有仿生V型槽陣列，設置在所述柔性基底層上的導電層以及設置在所述導電層上的第一電極。

所述的仿生感知執行一體化柔性致動器，其中，所述IPMC致動層包括：全氟磺酸質子交換膜、設置在所述全氟磺酸質子交換膜上的第二電極。

所述的仿生感知執行一體化柔性致動器，其中，所述柔性基底層采用如下材料制成：環氧樹脂、熱塑性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物、天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、硅橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、聚二甲基硅氧烷、苯乙烯類熱塑性彈性體、烯烴類熱塑性彈性體、二烯類熱塑性彈性體、氯乙烯類熱塑性彈性體、聚酰胺類熱塑性彈性體或熱塑性硫化橡膠中的一種或多種。

所述的仿生感知執行一體化柔性致動器，其中，所述仿生V型槽的深度為150-250nm，寬度為800-1200nm。

所述的仿生感知執行一體化柔性致動器，其中，所述導電層的厚度為40-60nm。