[發明專利]一種可變形智能水凝膠機器人及其制備方法

有效

• 申請號: 202011346654.1
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112480309B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 梅永豐;朱紅
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C08F220/20
• 分類號: C08F220/20;C08F220/54;C08F222/14;C08F220/06;C08F220/58;C08F2/48;C08F2/44;C08J3/075;C08K5/23;C08L33/14;C08L33/24
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于機器人技術領域，具體為一種可變形智能水凝膠機器人及其制備方法。本發明提供的可變形智能水凝膠機器人由甲基丙烯酸羥乙酯和含有刺激響應官能團的單體通過光引發聚合而成的刺激響應智能水凝膠構成的。該刺激響應智能水凝膠釋放到水的表面，由于吸水過程可以產生表面張力梯度，使其實現自主游動。并且用該刺激響應智能水凝膠制造成的游動軟機器人可以在不同的外界刺激下進行形狀改變，由于變形可以改變運動模式和軌跡。本發明可以制成各種形狀的在水面自主運動的游動機器人，并且可以通過形狀改變使其具有出色的運動靈活性和對復雜環境的相容性，在醫療和環境保護方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及一種可變形智能水凝膠機器人及其制備方法。

背景技術

水凝膠是由功能高分子交聯形成的三維網絡結構，具有含水量大、柔軟、生活兼容性好等優點。響應水凝膠是指對外部環境的變化作出相應的物理或化學結構變化的智能水凝膠。由于其可以隨外界環境變化而產生形變，可以作為智能驅動材料應用于柔性機器人驅動等領域。

現有的水面游動機器人大多是傳統的具有復雜結構的剛性機器人，通常由電池提供能源，雖然其功率大、運動速度快、載荷大，但是也存在著靈活性差、較差的環境適應能力、難以在酸性或堿性液體表面、狹窄的空間或形狀復雜變化的通道等復雜環境中工作的缺點。因此越來越多的研究人員開始關注軟體機器人。軟體機器人主要以智能材料為主體，刺激響應的智能水凝膠可以在外界刺激下相應的改變形狀，具有自適應性，為水面游動的變形軟機器人提供了很大的可能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種運動靈活，對復雜環境相容性好的可變形智能水凝膠機器人及其制備方法。

本發明提供的可變形智能水凝膠機器人，由甲基丙烯酸羥乙酯和含有刺激響應官能團的單體共同聚合而成的水凝膠構成。

本發明提供的智能水凝膠機器人的制備方法，具體步驟為：

（1）將甲基丙烯酸羥乙酯和含有刺激響應官能團的單體混合成單體混合液，再向其中依次加入交聯劑、光引發劑，得到前驅液；

（2）對前驅液進行輻照，得到可變形智能水凝膠機器人；所述輻照在紫外燈下進行，所用紫外光波長為365納米，所述輻照的時間優選為10秒~ 60分鐘。

其中，所述含有刺激響應官能團的單體為丙烯酸、偶氮苯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸或N-異丙基丙烯酰胺；

當含有刺激響應官能團的單體為丙烯酸時，該智能水凝膠機器人對pH刺激有響應；

當含有刺激響應官能團的單體為偶氮苯時，該智能水凝膠機器人對光刺激有響應；

當含有刺激響應官能團的單體為2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸時，該智能水凝膠機器人對電刺激有響應。

當含有刺激響應官能團的單體為N-異丙基丙烯酰胺時，該智能水凝膠機器人對溫度刺激有響應。

本發明中，所述交聯劑優選為乙二醇二甲基丙烯酸酯。

本發明中，所述光引發劑優選為2-羥基-2-甲基苯丙酮。.

本發明中，所述甲基丙烯酸羥乙酯和含有刺激響應官能團的單體的體積比優選為1:1~ 10:1（（1~ 10）:1），混合成為單體混合液。

本發明中，所述單體混合液和交聯劑以及光引發劑的體積比優選為50:1:5 ~ 1:1:1（（50 ~ 1）:1: （5~1））。

本發明中，所述輻照，是把前驅液置于聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具中進行輻照；

本發明中，所述可變形智能水凝膠機器人的上下表面積小于50平方厘米，厚度小于1厘米（具體由模具尺寸確定）。