CN111975796B

CN111975796B - 软体机器人及其制备方法、无源机器人交流网络、应用

Info

Publication number: CN111975796B
Application number: CN202010849888.1A
Authority: CN
Inventors: 苏彬; 岳亚妹; 史玉升
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2040-08-21
Also published as: CN111975796A

Abstract

本发明涉及软体机器人通信领域，具体公开了一种软体机器人及其制备方法、无源机器人交流网络、应用，所述软体机器人包括主体与突触，突触内设有导电线圈，且头尾两个对称设置的突触内的导电线圈是相互链接的，主体是多段可折叠结构，主体的材料包括Nd₂Fe₁₄B磁性粉末和Ecoflex液态硅树脂或液态二甲基硅氧烷。本发明通过将主体进行磁化后可在外部磁场作用下进行运动；而且，软体机器人之间能够利用法拉第电磁感应进行无线信号交流，解决了软体机器人之间难以进行交流的问题，进而提供一种集可控运动与交流能力于一体的软体机器人，成本低廉、结构简单、运动灵活，对环境的适应能力高，在软体机器人通信领域具有较大的发展前景。

Description

软体机器人及其制备方法、无源机器人交流网络、应用

技术领域

本发明涉及软体机器人通信领域，具体是一种软体机器人及其制备方法、无源机器人交流网络、应用。

背景技术

近年来，软体机器人成为机器人技术领域的研究热点。与刚性机器人相比，这些软体机器人主要由柔软弹性材料制作，理论上具有无限多个自由度，能够适应各种非结构化环境，与人类的交互也更安全，在无创外科手术、人机安全交互、药物输送、复杂环境搜索与探测及其他领域具有广阔的应用前景。

然而，以上这些目前所研发的软体机器人仍有较大的不足，例如，存在结构复杂，制造困难,部分软体机器人含有刚性零部件,并不是真正意义上的软体等问题。而且，目前所研发的软体机器人由于采用柔软材料制作，缺乏整合、附加功能的设计能力，很难实现机器人之间的交流。而交流系统是机器人个体以及群体机器人协调工作中的一个重要组成部分。机器人内部之间的通讯可以协调模块间的功能行为，多个机器人之间的通信可使群体中的每个单元都能感知并响应周围的环境，从而有效共享信息，最终更好地完成任务。

但是，目前尚未见有相关文献或专利对可交流机器人进行报道。因此，设计一种集可控运动与交流能力于一体的软体机器人，成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种软体机器人，以解决上述背景技术中提出的现有软体机器人存在软体机器人之间难以进行交流的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种软体机器人，包括主体以及位于所述主体端部的突触，所述突触内设置有导电线圈；其中

所述突触共有2n个，其中n是自然数，且每两个分别对称设置在所述主体两端的突触内对应设置的导电线圈是相互链接的，以此通过电磁感应进行无线信号交流；

所述主体是多段可折叠结构，所述主体的材料包括Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末。

作为本发明进一步的方案：所述导电线圈是螺旋结构，相互链接的两个导电线圈分别形成发射端和接收端，以在接收到交流信号后进行非接触式电磁通讯，进一步通过制备多个软体机器人，利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，(某个软体机器人)发射端接收到交流信号后，电流经过多级传输，最终在(某一软体机器人)接收端接收信号。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述软体机器人的制备方法，所述的软体机器人的制备方法，包括以下步骤：

1)将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成导电线圈，然后将导电线圈置于第一封装模具中，并用液态硅树脂Ecoflex或液态二甲基硅氧烷将所述导电线圈进行固定，固化，脱模，得到所述突触；

2)将所制得的2n个(其中n是自然数)突触两两链接后置于第二封装模具中，将包含Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末的混合料注入第二封装模具中，固化，脱模，得到半成品；

3)将所制得的半成品的主体进行折成多段，置于充磁机中进行垂直充磁，以在所述主体内部形成磁性相反的磁极，得到所述软体机器人，所述软体机器人可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动；

作为本发明再进一步的方案：在所述的软体机器人的制备方法中，所述固化的条件均是在40-100℃下固化1-5h。

本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的软体机器人的制备方法制备得到的软体机器人。

本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的软体机器人的无源机器人交流网络。

作为本发明再进一步的方案：所述无源机器人交流网络是将多个所述软体机器人利用外部磁场驱动形成机器人网络，同时在所述软体机器人一端(头部)置入磁块与线圈，以使所述软体机器人在外部机械力的作用下产生交流信号，进而构建所述无源机器人交流网络。

作为本发明再进一步的方案：在所述无源机器人交流网络中，在构建所述无源机器人交流网络(软体机器人无线信号交流网络)时，相邻两个突触1之间的距离为0-18mm。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的无源机器人交流网络在通信和/或无创外科手术和/或人机交互和/或药物输送和/或环境探测中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种软体机器人，包括主体与突触，突触内设有导电线圈，且两个对称设置的突触内的导电线圈是相互链接的，主体是多段可折叠结构，主体的材料包括Nd₂Fe₁₄B磁性粉末。本发明通过将主体进行磁化后可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动；而且，软体机器人之间能够利用法拉第电磁感应进行无线信号交流，解决了软体机器人之间难以进行交流的问题，进而可以提供一种集可控运动与交流能力于一体的软体机器人，该机器人成本低廉、结构简单、运动灵活，对环境的适应能力高，在软体机器人通信领域具有较大的发展前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的软体机器人的制备方法中所需的3D打印用封装模具的结构模型图(其中，a)图为制备突触所需的第一封装模具的结构示意图；b)图为制备主体所需的第二封装模具的结构示意图)。

图2示意性地图示了本发明一实施例提供的软体机器人的结构模型图。

图3示意性地图示了本发明一实施例提供的软体机器人的运动时间曲线图。

图4示意性地图示了本发明一实施例提供的软体机器人进行交流时的电压输出信号图。

图中：1-突触；2-主体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。为了使本发明的技术方案更加清楚，本领域熟知的工艺步骤及器件结构在此省略。应理解的是，相同的符号始终代表相同的要素。进而，在附图中的各种要素和区域是概略地图示的。因此，本发明的概念不限于显示在附图中的相对大小或间隔。

虽然第一、第二等术语可以被用于描述各种构成要素，但是，所述构成要素不限于所述术语。所述术语只用于将一个构成要素与其他构成要素区分开。例如，不脱离本发明概念的权利范围的同时，第一构成要素可以被命名为第二构成要素，相反，第二构成要素可以被命名为第一构成要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

除非明确地另有所指，否则单数形式的表达还包括复数形式的表达。在本申请中，“包括”或“具有”等的表达应理解为用于制定记载于说明书中的特征、数量、步骤、动作、构成要素、部件，或其组合的存在，而不是提前排除一个或更多其他特征、数量、动作、构成要素、部件，或其组合的存在或附加的可能性。

除非有其他定义，在此使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本发明概念所属的技术领域的普通技术人员共同理解的含义相同的含义。并且，应理解通常被使用的、在词典中定义的术语应解释为所述术语具有与在有关技术的语境中所表示的含义一致的含义，除非在此明确地定义，否则不应被过度解释为表面含义。

在可以不同地实现有些实施例的情况下，可以与描述顺序不同地进行特定工艺。例如，被连续描述的两个工艺在实际上可以被同时进行，也可以与描述的顺序相反的顺序进行。

在附图中，例如，根据制造技术和/或公差，可以预测所示形状的变形。因此，本发明的实施例不应被解释为限于显示在本说明书中的区域的特定形状，例如要包括在制造过程中导致的形状的变化。在此使用的所有“和/或”包括涉及的构成要素的各个或一个以上的所有组合。

本发明实施例为了解决软体机器人之间难以进行交流的问题，构建集可控运动与交流能力于一体的软体机器人群体，其中，具体通过以下技术方案来制备磁驱动运动和无线交流的软体机器人并构建无源机器人交流网络：

(1)将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成导电线圈，然后将导电线圈置于3D打印的第一封装模具中，并用液态硅树脂Ecoflex或二甲基硅氧烷将其固定，40-100℃下固化1-5h，脱模后，得到突触；

(2)将所制得的多个(优选为八个)突触两两链接后，置于3D打印的第二封装模中，将平均尺寸为5-100μm的Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末与粘性Ecoflex液体按照质量比1:1-9:1进行混合，搅拌均匀后，注入到第二封装模中，40-100℃下固化1-5h，脱模后，得到软体机器人；

(3)将所制得的软体机器人折成三段，置于充磁机中进行垂直充磁，在高压(500-2000V)下，Nd₂Fe₁₄B钕铁硼粒子在1-5s内瞬间磁化至饱和；磁化后，软体机器人内部存在相反的磁极，可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动；

(4)制备多个软体机器人，利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，发射端接收到交流信号后，电流经过多级传输，最终在接收端接受信号；

(5)在软体机器人头部置入一个小磁块及100-500匝的线圈，在外部机械力的作用下产生交流信号，基于此，构建无源机器人交流网络。

以下结合附图和具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1-2所示，图1为本发明实施例提供的软体机器人的制备方法中所需的3D打印用封装模具的结构模型图(其中，a)图为制备突触所需的第一封装模具的结构示意图；b)图为制备主体所需的第二封装模具的结构示意图)。图2示意性地图示了本发明一实施例提供的软体机器人的结构模型图。

在本发明的一个实例中，一种软体机器人，包括主体2以及位于所述主体2端部的突触1，所述突触1内设置有导电线圈；其中

所述突触1共有2n个，其中n是自然数，且每两个分别对称设置在所述主体2两端的突触1内对应设置的导电线圈是相互链接的，以在接入电流后形成感应电动势进行无线信号交流；

所述主体2是多段可折叠结构，所述主体2的材料包括Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末。

作为本发明的一种优选实施例，所述导电线圈是螺旋结构，相互链接的两个导电线圈分别形成发射端和接收端，以在接入交流电源后进行非接触式电磁通讯，即通过制备多个软体机器人，利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，(某个软体机器人)发射端接收到交流信号后，电流经过多级传输(多个软体机器人之间两两进行传输)，最终在(另一软体机器人)接收端接收信号。

在本发明实施例中，通过无线传输单元与聚合物基磁性复合材料整合到一起，利用电磁感应实现了软体机器人可控运动和无线交流，具体是将采用Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的多段可折叠结构的主体2进行磁化，进而在所述软体机器人内部存在相反的磁极，可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动；而且，软体机器人之间可以进行无线信号交流，软体机器人能够进行交流的核心原理是法拉第电磁感应定律，即导电线圈中不断变化的电流可以在其周围产生变化的磁场，变化的磁场通过另外一个闭合导电线圈时，则会在此导电线圈中产生感应电动势，进而检测到电压输出信号，进而完成两个软体机器人之间的无线信号交流，通过制备多个软体机器人，利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，发射端接入交流电源后，电流经过多级传输，最终在接收端接受信号。

作为本发明的又一种优选实施例，上述导电线圈的半径大小为3-6毫米，匝数为30-180匝。

作为本发明的又一种优选实施例，所述导电线圈是将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成导电线圈，所述导电铜线粗细(即导电铜线的横截面直径)为0.1-0.2毫米。

作为本发明的又一种优选实施例，所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末的形状可以为正方体、长方体或圆柱体；所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末表面的磁场强度大于或等于300mT(毫特斯拉)。

本发明实施例还提供一种上述软体机器人的制备方法，所述的软体机器人的制备方法，包括以下步骤：

1)将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成导电线圈，然后将导电线圈置于第一封装模具中，并用液态硅树脂Ecoflex(即德国BASF公司所制造的脂肪族芳香族无规共聚酯Ecoflex)或液态二甲基硅氧烷将所述导电线圈进行固定，固化，脱模，得到所述突触1；

2)将所制得的2n个(其中n是自然数)突触1两两链接后置于第二封装模具中，将包含Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末的混合料注入第二封装模具中，固化，脱模，得到半成品；

3)将所制得的半成品的主体2进行折成多段，置于充磁机中进行垂直充磁，以在所述主体2内部形成磁性相反的磁极，得到所述软体机器人，所述软体机器人可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动。

作为本发明的又一种优选实施例，所述垂直充磁是在高压(500-2000V)下，进行磁化1-5s，Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的Nd₂Fe₁₄B粒子瞬间磁化至饱和，磁化后，所述软体机器人内部存在相反的磁极，可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动。

作为本发明的又一种优选实施例，所述混合料的原料包括Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末与液态硅树脂Ecoflex(粘性Ecoflex液体)，所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末的平均尺寸为5-100μm。

作为本发明的又一种优选实施例，在所述混合料中，所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末与所述液态硅树脂Ecoflex(粘性Ecoflex液体)的质量比是1:1-9:1，制备方法是按照质量比为1:1-9:1进行混合，搅拌均匀得到所述混合料。

作为本发明的又一种优选实施例，在所述的软体机器人的制备方法中，所述第一封装模具与第二封装模具均采用3D打印方式进行制备，具体可以采用现有的技术进行实现，3D打印设备的具体型号根据需求进行选择，这里并不作限定。

作为本发明的又一种优选实施例，所述第一封装模具与第二封装模具的原料可以选自聚乳酸、热塑性塑料、陶瓷材料、石蜡粉末材料、金属材料、光敏树脂中的任意一种。可以根据不同的3D打印成型方式使用其中的一种。

作为本发明的又一种优选实施例，所述热塑性塑料包括丙烯腈－丁二烯－苯乙烯(ABS)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、尼龙、尼龙玻纤、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇(PET)等。

作为本发明的又一种优选实施例，所述液态硅树脂Ecoflex的型号可以选自Ecoflex 00-10、Ecoflex 00-20、Ecoflex 00-30中的一种或多种，具体可以使用其中的一种，也可以使用一种以上的混合物，具体根据需求进行选择，这里并不作限定。

作为本发明的又一种优选实施例，在所述的软体机器人的制备方法中，所述固化的条件均是在40-100℃下固化1-5h。

作为本发明的又一种优选实施例，所述突触1的数量是6-10个，优选的，所述突触1的数量是八个。

作为本发明的又一种优选实施例，所述折成多段是将所述主体2进行折成多段可折叠结构，所述多段可折叠结构的段数不小于两段，优选的，所述多段可折叠结构的段数是三段。

本发明实施例还提供一种采用上述的软体机器人的制备方法制备得到的软体机器人。

本发明实施例还提供一种无源机器人交流网络，采用上述的软体机器人。

作为本发明的又一种优选实施例，所述无源机器人交流网络是将多个所述软体机器人利用外部磁场驱动形成机器人网络，同时在所述软体机器人一端(头部)置入磁块与线圈，以使所述软体机器人在外部机械力的作用下产生交流信号，进而构建所述无源机器人交流网络。

作为本发明的又一种优选实施例，在所述无源机器人交流网络中，在构建所述无源机器人交流网络(软体机器人无线信号交流网络)时，相邻两个突触1之间的距离为0-18mm。

下面将结合本发明实施例中的附图，技术工艺步骤，具体实施条件和材料，对本发明实施例中的技术方案进行进一步的清楚、完整地描述。

实施例1

(1)将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成半径为3mm的导电线圈，然后将导电线圈置于3D打印的封装模具Ⅰ中，并用液态硅树脂Ecoflex(T605#A&B)将其固定，80℃下固化1h；脱模后，得到突触。

(2)将所制得的八个突触成对链接后，置于3D打印的封装模具Ⅱ中。将平均尺寸为5μm的Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与粘性Ecoflex液体按照质量比1：1进行混合，搅拌均匀后，注入到封装模具Ⅱ中。70℃下固化2h，脱模后，得到软体机器人。

(3)将所制得的软体机器人折成三段，置于充磁机中进行垂直充磁。在高压(500V)下，Nd₂Fe₁₄B粒子在3s内瞬间磁化至饱和。磁化后，机器人内部存在相反的磁极，可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下，进行运动。

(4)制备5个软体机器人，移动速度为1厘米/秒。利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，发射端接入交流电源后，电流经过多级传输，最终在接收端无线信号损失率为53％。

实施例2

(1)将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成半径为4.5mm的导电线圈，然后将导电线圈置于3D打印的封装模具Ⅰ中，并用液态二甲基硅氧烷前驱体将其固定，60℃下固化3h；脱模后，得到突触。

(2)将所制得的八个突触成对链接后，置于3D打印的封装模具Ⅱ中。将平均尺寸为50μm的Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与粘性Ecoflex液体按照质量比9：1进行混合，搅拌均匀后，注入到封装模具Ⅱ中。50℃下固化3h，脱模后，得到软体机器人。

(3)将所制得的软体机器人折成三段，置于充磁机中进行垂直充磁。在高压(1000V)下，Nd₂Fe₁₄B粒子在2s内瞬间磁化至饱和。磁化后，机器人内部存在相反的磁极，可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下，进行运动。

(4)制备6个软体机器人，移动速度为1.5厘米/秒。利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，发射端接入交流电源后，电流经过多级传输，最终在接收端无线信号损失率为43％。

实施例3

(1)将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成半径为6mm的导电线圈，然后将导电线圈置于3D打印的封装模具Ⅰ中，并用液态硅树脂Ecoflex(T605#A&B)将其固定，100℃下固化5h；脱模后，得到突触。

(2)将所制得的八个突触成对链接后，置于3D打印的封装模具Ⅱ中。将平均尺寸为100μm的Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与粘性Ecoflex液体按照质量比5：1进行混合，搅拌均匀后，注入到封装模具Ⅱ中。100℃下固化1h，脱模后，得到软体机器人。

(3)将所制得的软体机器人折成三段，置于充磁机中进行垂直充磁。在高压(2000V)下，Nd₂Fe₁₄B粒子在3s内瞬间磁化至饱和。磁化后，机器人内部存在相反的磁极，可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下，进行运动。

(4)制备3个软体机器人，移动速度为3厘米/秒。利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，发射端接入交流电源后，电流经过多级传输，最终在接收端无线信号损失率为61％。

实施例4

请参阅图1-2所示，一种软体机器人，包括主体2以及位于所述主体2端部的突触1，所述突触1内设置有导电线圈；其中所述突触1共有2n个，其中n是4，且每两个分别对称设置在所述主体2两端的突触1内对应设置的导电线圈是相互链接的，以在接入电流后形成感应电动势进行无线信号交流；所述主体2是多段可折叠结构，所述主体2的材料包括Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末。

在本实施例中，所述的软体机器人的制备方法，包括以下步骤：

2)将所制得的2n个(其中n是4)突触1链接后置于第二封装模具中，将包含Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末的混合料注入第二封装模具中，固化，脱模，以形成主体2以及位于所述主体2端部的2n个突触1，得到半成品；

其中，所述混合料的原料包括Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末与液态硅树脂Ecoflex(粘性Ecoflex液体)，所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末的平均尺寸为50μm；在所述混合料中，所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末与所述液态硅树脂Ecoflex(粘性Ecoflex液体)的质量比是4:1，制备方法是按照质量比为4:1进行混合，搅拌均匀得到所述混合料；

3)将所制得的半成品的主体2进行折成多段，置于充磁机中进行垂直充磁(所述垂直充磁是在高压1000V下，进行磁化3s)，以在所述主体2内部形成磁性相反的磁极，得到所述软体机器人，所述软体机器人可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动。

在本实施例中，上述导电线圈的半径大小为4毫米，匝数为100匝。所述导电线圈是将导电铜线通过物理缠绕的方法制作成导电线圈，所述导电铜线粗细(即导电铜线的横截面直径)为0.15毫米。所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末的形状可以为正方体；所述Nd₂Fe₁₄B(钕铁硼)磁性粉末表面的磁场强度是400mT(毫特斯拉)。而且，在所述的软体机器人的制备方法中，所述固化的条件均是在70℃下固化3h。

实施例5

将实施例3中制备的软体机器人在磁驱动下进行运动，统计运动距离和时间，得到对应的运动时间曲线图如图3所示。

实施例6

将实施例3中制备的多个软体机器人利用外部磁场驱动形成多种机器人网络，发射端接入交流电源后，电流经过多级传输，最终在接收端无线信号，其中，图4示意性地图示了本发明实施例提供的软体机器人进行交流时的电压输出信号图。

实施例7

与实施例4相比，除了n是1外，其他与实施例4相同。

实施例8

与实施例4相比，除了n是3外，其他与实施例4相同。

实施例9

与实施例4相比，除了n是6外，其他与实施例4相同。

实施例10

与实施例4相比，除了n是8外，其他与实施例4相同。

实施例11

与实施例4相比，除了n是11外，其他与实施例4相同。

实施例12

与实施例4相比，除了在所述混合料中，所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与所述液态硅树脂Ecoflex的质量比是1:1，所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的平均尺寸为5μm；所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的形状可以为长方体；所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末表面的磁场强度是300mT(毫特斯拉)外，其他与实施例4相同。

实施例13

与实施例4相比，除了在所述混合料中，所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与所述液态硅树脂Ecoflex的质量比是9:1，所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的平均尺寸为100μm；所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的形状可以为圆柱体；所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末表面的磁场强度是500mT(毫特斯拉)外，其他与实施例4相同。

实施例14

与实施例4相比，除了在所述混合料中，所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与所述液态硅树脂Ecoflex的质量比是6:1，所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的平均尺寸为30μm；所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的形状可以为正方体；所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末表面的磁场强度是600mT(毫特斯拉)外，其他与实施例4相同。

实施例15

与实施例4相比，除了所述垂直充磁是在高压500V下，进行磁化5s外，其他与实施例4相同。

实施例16

与实施例4相比，除了所述垂直充磁是在高压2000V下，进行磁化1s外，其他与实施例4相同。

实施例17

与实施例4相比，除了导电线圈的半径大小为3毫米，匝数为180匝，所述导电铜线粗细为0.1毫米外，其他与实施例4相同。

实施例18

与实施例4相比，除了导电线圈的半径大小为6毫米，匝数为30匝，所述导电铜线粗细为0.2毫米外，其他与实施例4相同。

实施例19

与实施例4相比，除了所述固化的条件均是在40℃下固化5h外，其他与实施例4相同。

实施例20

与实施例4相比，除了所述固化的条件均是在100℃下固化1h外，其他与实施例4相同。

本发明还具有诸多特点和优点，例如：

(1)本发明所用材料简单、成本低廉、化学性质稳定、对人体没有毒害作用；制备条件温和，能耗小，加工方法设备简单易操作；依靠3D打印技术来辅助制备机器人，时间、经济成本低，操作容易。

(2)该软体机器人主要由软弹性材料制备而成，允许相当大的物理变形，运动灵活，可控性强，对环境的适应能力高。

(3)发射端和接收端放置的螺旋结构线圈不仅可以在一定距离内实现非接触式电磁通讯，而且还通过可逆的结构变形显示出可压缩性。机器人之间通过电磁感应来进行信号传输，可非接触进行传输且传输速度快。

(4)本发明将无线传输单元与聚合物基磁性复合材料整合到一起，实现了在驱动的基础上进行无线交流的目的，从而建立新的交流系统。进一步构建无源机器人群体网络通信系统，从而建立绿色模型，减小整个网络的体积并降低制作成本。

在以上实施例中，提供了一种软体机器人及其制备方法，本发明提供的软体机器人是一种集可控运动与交流能力于一体的软体机器人。该机器人成本低廉、结构简单、运动灵活，对环境的适应能力高，且可通过电磁感应进行快速交流，在软体机器人通信领域具有较大的发展前景。本发明成功将可控运动和无线交流能力集成到软机器人中，解决了软体机器人之间难以进行交流的问题，从而构建了可控运动软体机器人群的无线交流系统。

而且，所制备的磁驱动运动和无线交流软体机器人有两个特点：1.可控运动：进行运动的核心原理是将机器人进行折叠充磁后，机器人身体内部存在相反的磁极，因而能够在外部磁场的作用下，进行可控运动；2.软体机器人之间的无线信号交流：软体机器人能够进行交流的核心原理是法拉第电磁感应定律，即线圈中不断变化的电流可以在其周围产生变化的磁场，变化的磁场通过另外一个闭合线圈时，则会在此线圈中产生感应电动势，进而检测到电压输出信号。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均可采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，在此不再详述。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种软体机器人，其特征在于，所述软体机器人包括主体以及位于所述主体端部的突触，所述突触内设置有导电线圈；其中

所述突触共有2n个，其中n是自然数，且每两个突触分别对称设置在所述主体两端，对应的两个突触内设置的导电线圈是相互链接的，以此通过电磁感应进行无线信号交流；

所述主体是多段可折叠结构，所述主体的材料包括Nd₂Fe₁₄B磁性粉末和Ecoflex液态硅树脂或液态二甲基硅氧烷；

所述导电线圈是螺旋结构，相互链接的两个导电线圈分别形成发射端与接收端，以在接收到交流信号后进行非接触式电磁通讯；

所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的形状为正方体、长方体或圆柱体；所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末表面的磁场强度不小于300毫特斯拉。

2.一种如权利要求1所述的软体机器人的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将导电线圈置于第一封装模具中，并用液态硅树脂Ecoflex或液态二甲基硅氧烷将所述导电线圈进行固定，固化，脱模，得到所述突触；

2)将2n个所述突触两两链接后置于第二封装模具中，将包含Nd2Fe14B磁性粉末的混合料注入第二封装模具中，固化，脱模，得到半成品；

3)将所述半成品中的主体进行折成多段，然后进行垂直充磁，以在所述主体内部形成磁性相反的磁极，得到所述软体机器人，所述软体机器人可在外部磁场产生的周期性磁斥力的作用下进行运动。

3.根据权利要求2所述的软体机器人的制备方法，其特征在于，所述混合料的原料包括Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与液态硅树脂Ecoflex，且所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末与所述液态硅树脂Ecoflex的质量比是1:1-9:1，所述Nd₂Fe₁₄B磁性粉末的平均尺寸为5-100μm。

4.根据权利要求2所述的软体机器人的制备方法，其特征在于，所述垂直充磁是在500-2000V下进行磁化1-5s。

5.根据权利要求2所述的软体机器人的制备方法，其特征在于，在所述的软体机器人的制备方法中，所述固化的条件均是在40-100℃下固化1-5h。

6.一种采用权利要求2-5任一所述的软体机器人的制备方法制造得到的软体机器人。

7.一种无源机器人交流网络，其特征在于，所述无源机器人交流网络采用如权利要求1或6所述的软体机器人，且所述无源机器人交流网络是将多个所述软体机器人利用外部磁场驱动形成机器人网络，进一步在所述软体机器人一端置入磁块与线圈，以使所述软体机器人在外部机械力的作用下产生交流信号，进而构建形成所述无源机器人交流网络。

8.一种如权利要求7所述的无源机器人交流网络在通信和/或无创外科手术和/或人机交互和/或药物输送和/或环境探测中的应用。