出本發(fā)明的第二實(shí)施例的可編碼執(zhí)行器200的結(jié)構(gòu)圖，其中在左側(cè)示出沒有光照射時(shí)的結(jié)構(gòu)，右側(cè)示出光照射時(shí)的結(jié)構(gòu)。第二實(shí)施例的可編碼執(zhí)行器200包括聚合物層101，第一碳納米管層201、第二碳納米管層202、第三碳納米管層203以及第四碳納米管層204。
[0049]聚合物層101例如為10微米厚的聚碳酸酯薄膜圍成的中空?qǐng)A柱。第一碳納米管層201和第二碳納米管層202設(shè)置在聚合物層101的上部外表面，第三碳納米管層203和第四碳納米管層204設(shè)置在聚合物層101的下部外表面。第一碳納米管層201、第二碳納米管層202、第三碳納米管層203以及第四碳納米管層204的厚度分別為I微米。
[0050]選擇不同手性的碳納米管，使得第一碳納米管層201、第二碳納米管層202、第三碳納米管層203以及第四碳納米管層204的光吸收波長(zhǎng)分別為λ?、λ 2、λ 3、λ 4，其中λ 1、λ 2、λ 3、λ 4彼此不同。
[0051]圖5a和5b示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的可編碼執(zhí)行器200的工作示意圖。
[0052]如圖5a所示，在第一階段，使用波長(zhǎng)為λ I和λ 3的混合光照射編碼執(zhí)行器，第一碳納米管層201和第三碳納米管層203吸收入射光，第二和第四碳納米管層不吸收入射光。第一碳納米管層201和第三碳納米管層203產(chǎn)生熱量，引起聚合物層101的形變，聚合物層101的上部向著第二碳納米管層202 —側(cè)彎曲。聚合物層101的下部向著第四碳納米管層204 一側(cè)彎曲。
[0053]接下來(lái)如圖5b所示，在第二階段使用波長(zhǎng)為λ2和λ4的混合光照射可編碼執(zhí)行器200，第一碳納米管層201和第三碳納米管層203不吸收入射光，第二和第四碳納米管層吸收入射光。第二碳納米管層202和第四碳納米管層204產(chǎn)生熱量，引起聚合物層101的形變，聚合物層101的上部向著第一碳納米管層201 —側(cè)彎曲。聚合物層101的下部向著第三碳納米管層203 —側(cè)彎曲。
[0054]交替重復(fù)第一階段和第二階段，聚合物層101可以實(shí)現(xiàn)蛇形前進(jìn)。
[0055]第三實(shí)施例
[0056]圖6a_6c示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的可編碼執(zhí)行器300的結(jié)構(gòu)圖和工作示意圖，其中在左側(cè)示出沒有光照射時(shí)的結(jié)構(gòu)，右側(cè)示出光照射時(shí)的結(jié)構(gòu)。如圖6a所示，第三實(shí)施例的可編碼執(zhí)行器300包括聚合物層101，第一碳納米管層201和第三碳納米管層203。
[0057]聚合物層101例如為10微米厚的聚碳酸酯薄膜圍成的中空?qǐng)A柱。第一碳納米管層201設(shè)置在聚合物層101的上部外表面，第三碳納米管層203設(shè)置在聚合物層101的下部外表面。第一碳納米管層201以及第三碳納米管層203的厚度分別為I微米。
[0058]選擇不同手性的碳納米管，使得第一碳納米管層201的光吸收波長(zhǎng)為λ 1，第三碳納米管層203的光吸收波長(zhǎng)為λ3，其中λ?# λ3。輸入信號(hào)包括交替的第一階段和第二階段，在第一階段輸入信號(hào)為波長(zhǎng)為λ I的光信號(hào)，在第二階段為波長(zhǎng)為λ3的光信號(hào)。
[0059]圖6b示出了第三實(shí)施例的可編碼執(zhí)行器300在輸入信號(hào)的第一階段的工作示意圖，在第一階段，波長(zhǎng)為λ I的光照射下，第一碳納米管層201吸收入射光，第三碳納米管層203不吸收入射光。第一碳納米管層201產(chǎn)生熱量，引起聚合物層101的形變。聚合物層101的上部被拉長(zhǎng)，聚合物層101的下部保持不變。
[0060]圖6c示出了第三實(shí)施例的可編碼執(zhí)行器300在輸入信號(hào)的第二階段的工作示意圖，在第二階段，波長(zhǎng)為λ 3的光照射下，第三碳納米管層203吸收入射光，第一碳納米管層201不吸收入射光。第三碳納米管層203產(chǎn)生熱量，引起聚合物層101的形變。聚合物層101的下部被拉長(zhǎng)，聚合物層101的上部恢復(fù)到原始狀態(tài)。
[0061]交替重復(fù)第一階段和第二階段，聚合物層101可以實(shí)現(xiàn)蚯蚓式前進(jìn)。
[0062]第四實(shí)施例
[0063]圖7示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的微機(jī)器人700的結(jié)構(gòu)圖，第四實(shí)施例的微機(jī)器人700包括:運(yùn)動(dòng)模塊701以及設(shè)置在運(yùn)動(dòng)模塊701上的第一操作模塊702和第二操作模塊703。
[0064]運(yùn)動(dòng)模塊701用于產(chǎn)生微機(jī)器人700的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)模塊701可以采用第二實(shí)施例的形式也可以采用第三實(shí)施例的形式。第一操作模塊702和第二操作模塊703用于根據(jù)輸入信號(hào)產(chǎn)生所述微機(jī)器人700的機(jī)械動(dòng)作，如彎曲、伸直、夾取、釋放等。
[0065]第四實(shí)施例的微機(jī)器人700的輸入信號(hào)為不同波長(zhǎng)的光的編碼信號(hào)。可以使得微機(jī)器人700運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置，然后執(zhí)行預(yù)定的機(jī)械動(dòng)作。
[0066]本發(fā)明提出的基于選擇性光機(jī)材料的可編碼執(zhí)行器與已有的光機(jī)執(zhí)行器比較具有以下的優(yōu)勢(shì):不受入射光的波長(zhǎng)限制，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微小機(jī)械動(dòng)作；可完成復(fù)雜動(dòng)作，基本動(dòng)作通過(guò)入射不同的波長(zhǎng)的光，復(fù)雜動(dòng)作通過(guò)入射不同的波長(zhǎng)光的組合；不需要考慮入射光的朝向；各個(gè)執(zhí)行模塊可以任意組合，完成多種復(fù)雜動(dòng)作功能的集成。
[0067]進(jìn)一步地，本發(fā)明的微機(jī)器人以非接觸的方式接收編碼信號(hào)，并且可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。該微機(jī)器人可以應(yīng)用于新型光學(xué)器件、微栗、微流體、醫(yī)療等領(lǐng)域。例如，該微機(jī)器人可注射進(jìn)入人體內(nèi)，然后采用近紅外光可以穿透人體，將編碼信號(hào)提供至微機(jī)器人，使得微機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到病灶附近，以及進(jìn)行病灶的清除等治療操作。
[0068]在上述的實(shí)施例中，描述了可編碼執(zhí)行器包括聚合物層和碳納米管層組成的雙層結(jié)構(gòu)，其中，聚合物層形成中空?qǐng)A柱，碳納米管設(shè)置在聚合物層的外表面上。然而，該雙層結(jié)構(gòu)不限于中空?qǐng)A柱，可以是任意的平面或空間形狀。此外，可編碼執(zhí)行器可以為單層結(jié)構(gòu)，例如為由聚合物和多組碳納米管組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中碳納米管分散在聚合物中。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作，在單層結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域，將不同手性的碳納米管分散在聚合物中。
[0069]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可編碼執(zhí)行器，用于響應(yīng)所述多個(gè)波長(zhǎng)的光照射產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作，所述可編碼執(zhí)行器包括: 聚合物層；以及 位于聚合物層的多個(gè)區(qū)域中的多組碳納米管， 其中，所述多組碳納米管分別響應(yīng)不同波長(zhǎng)的光照射，使得所述聚合物層發(fā)生局部的變形，從而產(chǎn)生所述至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編碼執(zhí)行器，其中，所述多組碳納米管分別為位于所述聚合物的表面上的多個(gè)碳納米管層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編碼執(zhí)行器，其中，所述多組碳納米管分別分散在所述聚合物層層中的多個(gè)區(qū)域中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編碼執(zhí)行器，其中，所述聚合物層為聚碳酸酯薄膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編碼執(zhí)行器，其中，所述多組碳納米管的不同組碳納米管的手性彼此不同。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可編碼執(zhí)行器，其中，所述聚合物層形成中空柱體。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可編碼執(zhí)行器，其中，所述多組碳納米管包括第一組和第二組碳納米管，并且 第一組和第二組碳納米管沿柱體的軸向分布且彼此隔開。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的編碼執(zhí)行器，其中，所述多組碳納米管包括第一組至第四組碳納米管，并且 第一組至第四組碳納米管沿柱體的圓周方向分布且彼此隔開。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的編碼執(zhí)行器，其中，所述多組碳納米管包括第一組至第四組碳納米管，并且 第一組碳納米管和第二組碳納米管沿柱體的軸向分布且彼此隔開，第三組碳納米管和第四組碳納米管沿柱體的軸向分布且彼此隔開，第一組碳納米管和第三組碳納米管沿柱體的圓周方向分布且彼此隔開，第二組碳納米管和第四組碳納米管沿柱體的圓周方向分布且彼此隔開。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼執(zhí)行器，其中，所述聚合物層的熱膨脹系數(shù)是所述多組碳納米管的熱膨脹系數(shù)的幾倍或十倍以上。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼執(zhí)行器，其中， 所述至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作包括選自行走、停止、彎曲、伸直、旋轉(zhuǎn)中的至少一種。12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可編碼執(zhí)行器，其中，所述多個(gè)碳納米管層的厚度為0.02微米至2微米，所述聚合物層的厚度為I微米至100微米。13.—種微機(jī)器人，包括 運(yùn)動(dòng)模塊，所述運(yùn)動(dòng)模塊包括由權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的可編碼執(zhí)行器，用于產(chǎn)生所述微機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；以及 設(shè)置在所述運(yùn)動(dòng)模塊上的至少一個(gè)操作模塊，所述操作模塊包括由權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的可編碼執(zhí)行器，用于產(chǎn)生所述微機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。14.一種可編碼執(zhí)行器的控制方法，所述可編碼執(zhí)行器包括:聚合物層；以及位于聚合物層的多個(gè)區(qū)域中的多組碳納米管，所述方法包括: 采用多個(gè)波長(zhǎng)的光照射所述多組碳納米管， 其中，所述多組碳納米管分別響應(yīng)不同波長(zhǎng)的光照射，使得所述聚合物層發(fā)生局部的變形，從而產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，設(shè)置所述多個(gè)波長(zhǎng)的光的照射順序，使得所述聚合物層的所述多個(gè)區(qū)域依次發(fā)生變形，從而產(chǎn)生所述至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述變形包括選自所述聚合物層的彎曲、延伸和收縮中的至少一種，所述至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作包括選自行走、停止、彎曲、伸直、旋轉(zhuǎn)中的至少一種。
【專利摘要】公開了可編碼執(zhí)行器及其控制方法和微機(jī)器人。所述可編碼執(zhí)行器于響應(yīng)所述多個(gè)波長(zhǎng)的光照射產(chǎn)生至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作，所述可編碼執(zhí)行器包括：聚合物層；以及位于聚合物層的多個(gè)區(qū)域中的多組碳納米管，其中，所述多組碳納米管分別響應(yīng)不同波長(zhǎng)的光照射，使得所述聚合物層發(fā)生局部的變形，從而產(chǎn)生所述至少一個(gè)機(jī)械動(dòng)作。所述可編碼執(zhí)行器利用不同波長(zhǎng)的光調(diào)節(jié)聚合物層的不同區(qū)域，從而可以產(chǎn)生復(fù)雜形式的動(dòng)作。
【IPC分類】B25J9/16, B25J9/00
【公開號(hào)】CN105082106
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510431944
【發(fā)明人】劉華平, 袁潔
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院物理研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日