CN114954876A - 一种仿生柔体鱼、仿生柔体鱼的制备和驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料科学技术领域，尤其是一种仿生柔体鱼、仿生柔体鱼的制备和驱动方法，仿生柔体鱼包括鱼鳍和鱼体；鱼鳍包括近红外光响应双层膜，近红外光响应双层膜用于在近红外光的照射条件下产生形变，从而使仿生柔体鱼在液体中保持平衡和/或运动；近红外光响应双层膜包括驱动薄膜和柔性薄膜，驱动薄膜用于在近红外光的照射条件下产生形变，柔性薄膜用于在无近红外光的照射条件恢复形变。本发明提供了一种仿生柔体鱼，该仿生柔体鱼可通过近红外光进行驱动，该驱动方式为无接触式驱动，具有响应速度快、可远程操控、利用率高并且有较强的穿透能力等优点，为仿生鱼的驱动提供了一种有效方法。

Description

一种仿生柔体鱼、仿生柔体鱼的制备和驱动方法

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，尤其是一种仿生柔体鱼、仿生柔体鱼的制备和驱动方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展和机器人科学、自动控制理论的不断进步，人类对于仿生设备、软体机器人的需求不断提升。在人类不宜涉足的极端和危险的环境中，软体机器人为人类提供了很大的便利，并且在医疗服务、工业生产、军事侦察和运动探险等领域有着很好的应用前景。软体机器人作为一种新型的仿生机器人正在被广泛研究，它们是受自然界中章鱼、水母、鳐鱼等软体结构生物的启发，利用其柔性的结构实现可控的运动并适应复杂多变的自然环境。其中鱼类是水下机器人的重要参考样本和仿生对象，通过模仿柔性生物的肌肉，皮肤和器官等，采用柔性材料，设计构建了多种方式驱动的仿生鱼。但目前对仿生鱼的研究仍然处于起步阶段，其制备方式、驱动方式及其运动操控仍然是制约其发展的关键。目前对于仿生鱼的驱动存在驱动部件复杂、运动操控繁琐等问题，另外对于仿生鱼的驱动部件的制备也面临着一定的挑战。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，第一方面，本发明提供一种仿生柔体鱼、仿生柔体鱼的制备和驱动方法旨在克服现有技术当中的不足，一方面本发明包括一种仿生柔体鱼，包括：鱼鳍和鱼体；鱼鳍包括近红外光响应双层膜，近红外光响应双层膜用于在近红外光的照射条件下产生形变，从而使仿生柔体鱼在液体中保持平衡和/或运动；近红外光响应双层膜包括驱动薄膜和柔性薄膜，驱动薄膜用于在近红外光的照射条件下产生形变，柔性薄膜用于在无近红外光的照射条件恢复形变。本发明提供了一种仿生柔体鱼，该仿生柔体鱼可通过近红外光进行驱动，该驱动方式为无接触式驱动，具有响应速度快、可远程操控、利用率高并且有较强的穿透能力等优点，为仿生鱼的驱动提供了一种有效方法。

可选地，仿生柔体鱼还包括：鱼体由柔性材料构成，鱼体的内部中空，鱼体的表面设置有进气孔和孔塞，进气孔用于对鱼体进行负重操作或者充放气操作，孔塞用于封闭进气孔。该鱼体设计可增加该仿生柔体鱼的质量，从而使得该仿生柔体鱼能够悬浮在更深的液层中，这为该仿生柔体鱼在液体中实现深度探测提供了可能性。

第二方面，本发明还提供一种仿生柔体鱼的制备方法，制备方法用于制备上述的仿生柔体鱼，包括如下步骤：制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍；采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体；将鱼鳍和鱼体集成，获得仿生柔体鱼。该制备方法步骤简单，对设备要求低，制备成本低，易于实现，对环境友好，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

可选地，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，包括如下步骤：提供基底；将聚二甲基硅氧烷溶液和正己烷溶液混合，以得到第一混合溶液；在基底的表面上涂覆第一混合溶液，获得柔性薄膜；对柔性薄膜的表面进行处理，使得柔性薄膜的表面具有亲水性；将金纳米棒、氮-异丙基丙烯酰胺溶液和引发剂混合，以得到第二混合溶液；在柔性薄膜具有亲水性的表面涂覆第二混合溶液，获得驱动薄膜；剥离基底，以得近红外光响应双层膜；利用近红外光响应双层膜，制得鱼鳍。该近红外光响应双层膜的制备克服了现有技术的缺陷，工艺简单，反应条件温和，同时为制备鱼鳍奠定了基础。

可选地，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，包括如下步骤：调制聚二甲基硅氧烷溶液，利用聚二甲基硅氧烷溶液制备柔性材料；在柔性材料的表面均匀涂覆光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层；提供具有鱼体形状的掩膜板，利用掩膜板对光刻胶膜层和柔性材料膜层进行图案化处理；分别在图案化处理后的光刻胶膜层和柔性材料膜层生长铝层；去除图案化处理后的光刻胶膜层，以及去除光刻胶膜层上的铝层，获得具有鱼体形状的铝层；蚀刻图案化处理后的柔性材料膜层，获得具有鱼体形状的柔性材料膜层；剥离鱼体形状的铝层获得具有鱼体形状的柔性材料膜层，利用鱼体形状的柔性材料膜层获得鱼体。

可选地，在柔性材料的表面均匀涂覆光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层，包括如下步骤：提供旋转载台，将柔性材料吸附在旋转载台上；在柔性材料的表面上涂覆光刻胶；旋转柔性材料，利用离心力使光刻胶均匀平铺在柔性材料的表面；烘烤柔性材料和光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层。

可选地，提供具有鱼体形状的掩膜板，利用掩膜板对光刻胶膜层和柔性材料膜层进行图案化处理，包括如下步骤：利用掩膜板对光刻胶膜层和柔性材料膜层进行初曝光；把初曝光后的光刻胶膜层和柔性材料膜层进行反转烘烤；去除掩膜板，将反转烘烤的光刻胶膜层和柔性材料膜层进行范曝光；对范曝光后的光刻胶膜层和柔性材料膜层进行显影并清洗；将光刻胶膜层和柔性材料膜层热固化，从而获得图案化处理后的光刻胶膜层和柔性材料膜层。

可选地，蚀刻图案化处理后的柔性材料膜层，获得具有鱼体形状的柔性材料膜层，包括如下步骤：提供蚀刻腔室，将图案化处理后的柔性材料膜层和铝层置入蚀刻腔室内；在蚀刻腔室中通入40每体积流量的氧气，并将蚀刻腔室的压强调至20帕以及功率调至100瓦；对图案化处理后的柔性材料膜层进行蚀刻，从而获得具有鱼体形状的柔性材料膜层。该蚀刻方式能够很好地对柔性材料膜层进行蚀刻，极大程度地降低了过蚀刻或者蚀刻不净的情况出现几率。

可选地，将鱼鳍和鱼体进行集成，获得仿生柔体鱼，包括如下步骤：对鱼鳍进行分类，分别获得胸鳍、腹鳍、背鳍和尾鳍；将胸鳍粘合至鱼体下表面的左右两前侧，将腹鳍粘合至鱼体下表面的左右两中侧，背鳍粘合至鱼体上表面的中间位置，尾鳍粘合至鱼体的尾部；对鱼体进行钻孔操作获得进气孔，并匹配对应的孔塞；通过进气孔对鱼体进行负重操作或者充放气操作；使用孔塞阻断鱼体的内部与外部的连接，获得仿生柔体鱼。

第三方面，本发明还提供一种仿生柔体鱼的驱动方法，该驱动方法适用于上述仿生柔体鱼，包括如下步骤：提供近红外光和探测水域；将仿生柔体鱼放置于探测水域；利用近红外光照射鱼鳍，鱼鳍包括背鳍、腹鳍、尾鳍和胸鳍；使用近红外光照射背鳍，使得背鳍扭动从而保持仿生柔体鱼的平衡；利用近红外光照射腹鳍，使得腹鳍扭动从而控制仿生柔体鱼的升降；通过近红外光照射尾鳍和胸鳍，使得尾鳍和胸鳍扭动从而为仿生柔体鱼提供前进动力和控制仿生柔体鱼的转向。本发明的驱动方法明确简洁，容易操作，且具有很强的针对性，通过同时对该仿生柔体鱼的多处鱼鳍进行近红外光照射，可使得该仿生柔体鱼沿指定路程前行，具有较高的实际意义和应用价值。

附图说明

图1为本发明一种仿生柔体鱼的结构示意图；

图2为本发明近红外光响应双层膜结构图；

图3为本发明仿生柔体鱼的制备方法流程图；

图4为本发明构建鱼体流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

请参阅图1，在本实施例中提供一种仿生柔体鱼，包括：鱼鳍和鱼体1；鱼鳍包括近红外光响应双层膜，近红外光响应双层膜用于在近红外光的照射条件下产生形变，从而使仿生柔体鱼在液体中保持平衡和/或运动，详细地，在本实施例中，鱼鳍包括胸鳍3、腹鳍5、背鳍2和尾鳍4；更详细地，胸鳍3包括第一胸鳍和第二胸鳍，第一胸鳍和第二胸鳍分别置于鱼体1下表面的左右两前侧，腹鳍5包括第一腹鳍和第二腹鳍，第一腹鳍和第二腹鳍分别置于鱼体1下表面的左右两中侧，背鳍2置于鱼体1上表面的中间位置，尾鳍4置于鱼体1尾部；请参阅图2，近红外光响应双层膜包括驱动薄膜100和柔性薄膜101，驱动薄膜100用于在近红外光的照射条件下产生形变，柔性薄膜101用于在无近红外光的照射条件恢复形变，具体地，所述近红外光响应的双层膜中所述驱动薄膜100的厚度与所述柔性薄膜101的厚度比值在1-2之间，所述比值的双层膜可以更好地利用所述金纳米棒的光热效应从而诱导所述驱动薄膜100形变，进而带动所述柔性薄膜101产生形变。本发明提供的仿生柔体鱼可通过近红外光进行驱动，该驱动方式为无接触式驱动，具有响应速度快、可远程操控、利用率高并且有较强的穿透能力等优点。

在另一个可选的实施例中，仿生柔体鱼还包括：鱼体由柔性材料构成，鱼体的内部中空，鱼体的表面设置有进气孔6和孔塞，进气孔6用于对鱼体进行负重操作或者充放气操作，具体地，负重操作可以选择通过进气孔6向鱼体内部注射密度大的气体或者放置固体颗粒，充放气操作可以选择针孔注射器完成；孔塞用于封闭进气孔6，具体地，构成该孔塞的材料可以选择该柔性材料。该鱼体设计可增加该仿生柔体鱼的质量，从而使得该仿生柔体鱼能够悬浮在更深的液层中，这为该仿生柔体鱼在液体中实现深度探测提供了可能性。

综上，该仿生柔体鱼具有的无接触式驱动方式简单无害，同时该仿生柔体鱼的响应速度快、可远程操控、具有较高的实用价值。

一方面，请参见图3，在一个实施例中，本发明还提供一种仿生柔体鱼的制备方法，制备方法用于上述的仿生柔体鱼，包括如下步骤：S1、制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍。

详细地，在另一个可选地实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，包括如下步骤：S11、提供基底，该基地可以具体选择为硅片。

一个可选地实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，还包括如下步骤：S12、将聚二甲基硅氧烷溶液和正己烷溶液混合，以得到第一混合溶液，该第一混合溶液用于生成柔性薄膜。

在又一个可选地实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，还包括如下步骤：S13、在基底的表面上涂覆第一混合溶液，获得柔性薄膜。

具体地，在本实施例中，在基底的表面上涂覆第一混合溶液，获得柔性薄膜，包括如下步骤：S131、在基底的表面上涂覆第一混合溶液，表面为平滑表面。具体地，涂覆的方式可以具体选择为先使用滴管滴覆，再利用旋涂机均匀旋涂的方式。

在本实施例中，在基底的表面上涂覆第一混合溶液，获得柔性薄膜，还包括如下步骤：S132、平铺第一混合溶液得到第一混合溶液层，使得第一混合溶液层的厚度均匀。具体地，在本实施例中，可以选择真空吸附，将基底吸附在旋涂机上，设置旋转参数后旋转基底，利用离心力使第一混合溶液层平铺在基底的表面上，得到均匀厚度的第一混合溶液层，旋转参数包括旋转模式，旋转模式为高速短时模式，进一步地，旋转模式中的转速具体为每30秒1000转，转速制备的膜层均匀度最佳，转速过快或者过慢均会导致膜层厚度不均匀，更详细地，膜层的厚度在100微米至200微米之间，膜层的厚度范围利于引入后续的驱动薄膜，使得驱动薄膜发生形变时可以带动柔性薄膜发生形变，若柔性薄膜过厚则柔性薄膜不易变形，若柔性薄膜过薄则柔性薄膜形变后不易复原，即柔性薄膜的橡胶弹性差；检查表面上的第一混合溶液层的分布情况，若第一混合溶液层在表面上均匀分布，则获得厚度均匀的第一混合溶液层，详细地，检查的方式可以具体选择通过在光源下，光源可以具体选择为LED灯，利用光线反射观测基板表面的第一混合溶液层的完整情况进行判断，当第一混合溶液层完全覆盖在基板的表面，并且没有涂覆不全以及杂质颗粒的情况，即可视为第一混合溶液层在表面上均匀分布。

在本实施例中，在基底的表面上涂覆第一混合溶液，获得柔性薄膜，还包括如下步骤S133、固化第一混合溶液层，获得柔性薄膜。详细地，预热第一混合溶液层，使得第一混合溶液的温度逐渐上升至烘烤温度，进一步地，此步骤给需要加热固化的第一混合溶液层提供了一个加热缓冲的环境，若直接将第一混合溶液层放入烘烤的温度的环境下，容易造成成膜不均的情况，详细地，在本实施例中，通过将第一混合溶液层放入烘烤装置，烘烤装置可以具体选择为烤箱，将烤箱的烘烤温度设置为60摄氏度，使得烤箱温度在10-15分钟内从室温(25摄氏度)升至60摄氏度；烘烤第一混合溶液层，使得第一混合溶液层凝固，获得柔性薄膜，柔性薄膜请参照图2所示，图中柔性薄膜200位于基底100上表面，详细地，在又一个实施例中，烘烤的温度具体可以选择为60摄氏度，烘烤的时间具体可以选择3小时；冷却柔性薄膜，防止柔性薄膜龟裂，更进一步地，冷却柔性薄膜需使经过柔性薄膜的温度缓慢下降，若直接将柔性薄膜放置室温或者低温状态，则容易造成柔性薄膜龟裂，再进一步地，冷却的时间可以选择为1小时，即在1小时内从60摄氏度降至室温(25摄氏度)；或者可以选择为关闭烤箱电源，使得柔性薄膜随着烤箱温度自然下降而自然冷却；更详细地，预热和烘烤第一混合溶液层及冷却柔性薄膜可以具体选择均在同一烤箱内完成。

在又一个可选地实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，还包括如下步骤：S14、对柔性薄膜的表面进行处理，使得柔性薄膜的表面具有亲水性。详细地，在本实施例中，对柔性薄膜的表面进行处理，使得柔性薄膜的表面具有亲水性，包括如下步骤：提供等离子体和3-甲基丙烯酸丙基三氯硅烷；利用等离子体对柔性薄膜的表面进行亲水处理，使得柔性薄膜的表面生成亲水基团，等离子体亲水处理为现有技术，此处不详细展开；在柔性薄膜的表面接枝3-甲基丙烯酸丙基三氯硅烷，3-甲基丙烯酸丙基三氯硅烷促使柔性薄膜和驱动薄膜粘合。

在另一个可选地实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，还包括如下步骤：S15、将金纳米棒、氮-异丙基丙烯酰胺溶液和引发剂混合，以得到第二混合溶液。详细地，在本实施例中第二混合溶液中金纳米棒的浓度范围为0.001至0.01摩尔每升；氮-异丙基丙烯酰胺溶液为单体与交联剂混合产生的预聚液，更详细地，预聚液中单体与交联剂的质量比为100:8；引发剂用于诱导第二混合溶液中氮-异丙基丙烯酰胺溶液和引发剂发生聚合反应，更详细地，引发剂是体积分数10％的光引发剂邻苯二甲酸二甲酯溶液。

一个可选地实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，还包括如下步骤：S16、在柔性薄膜具有亲水性的表面涂覆第二混合溶液，获得驱动薄膜。详细地，在柔性薄膜具有亲水性的表面涂覆第二混合溶液，详细地，涂覆方式可以选择使用滴管将第二混合溶液滴覆在柔性薄膜具有亲水性的表面；平铺第二混合溶液得到第二混合溶液层，使得第二混合溶液的层厚度均匀，详细地，平铺的方式具体可以参照上述平铺第一混合溶液的液层的方式；固化第二混合溶液层获得驱动薄膜，详细地，固化第二混合溶液层获得驱动薄膜可以选择将第二混合溶液层在紫外光环境下进行照射的方法，利用紫外光线，在第二混合溶液层中产生聚合反应，使得第二混合溶液层固化，从而获得驱动薄膜，驱动薄膜可以利用近红外光线照射致使其内部金纳米棒产生光热效应，从而引发驱动薄膜内的聚氮-异丙基丙烯酰胺链段收缩。详细地，驱动薄膜的厚度在200微米到300微米之间，更详细地，驱动薄膜的厚度具体可以选择专门控制聚合物厚度的垫片实现，垫片为现有技术，此处不详细展开。

在一个实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，还包括如下步骤：S17、剥离基底，以得近红外光响应双层膜。将所述基底放入蒸馏水中，利用所述柔性薄膜的疏水性将所述基底从双层膜上剥离，获得所述近红外光响应的双层膜；所述剥离的方式简单便捷，且易于获得完整的所述近红外光响应的双层膜，详细地，所述剥离的操作可以具体选择镊子或者流水剥离实现。

在又一个可选地实施例中，制备近红外光响应双层膜，利用近红外光响应双层膜制得鱼鳍，还包括如下步骤：S18、利用近红外光响应双层膜，制得鱼鳍。具体地，可以选择按照鱼鳍的设计图纸，通过手工切割、打磨及雕刻红外光响应双层膜，从而获得鱼鳍。

利用S11-S18步骤制备近红外光响应双层膜的制备方法克服了现有技术的缺陷，工艺简单，反应条件温和，同时为制备鱼鳍奠定了基础。

在一个实施例中，本发明还提供一种仿生柔体鱼的制备方法，制备方法用于上述的仿生柔体鱼，还包括如下步骤：S2、采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体。

请参见图4，详细地，在另一个实施例中，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，包括如下步骤：S21、调制聚二甲基硅氧烷溶液，利用聚二甲基硅氧烷溶液制备柔性材料。该柔性材料具有较好的柔韧度，能够灵活弯曲，以便仿生柔体鱼的游动。

在另一个实施例中，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，还包括如下步骤：S22、在柔性材料的表面均匀涂覆光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层。具体地，光刻胶可以选择为AZ光刻胶，AZ光刻胶具有高对比度、高感光度、附着性好等特点。

在本实施例中，柔性材料的表面均匀涂覆光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层，具体包括如下步骤：S221、提供旋转载台，将柔性材料吸附在旋转载台上，具体地，旋转载台可以选择旋涂机，该旋涂机的具体型号可根据实际情况进行选择；S222、在柔性材料的表面上涂覆光刻胶；S223、旋转柔性材料，利用离心力使光刻胶均匀平铺在柔性材料的表面，具体地，旋转的转速可以选择为6000转每分钟，旋转的时间可以选择为30秒；S224、烘烤柔性材料和光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层，具体地，烘烤的温度可以选择为100摄氏度，烘烤的时间可以选择为50秒至1分钟，时间过短会导致光刻胶成膜失败，时间过长会导致光刻胶膜层和柔性材料膜层老化，不利于剥离光刻胶膜层，也会影响柔性材料膜层的柔韧度。

在另一个实施例中，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，还包括如下步骤：S23、提供具有鱼体形状的掩膜板，利用掩膜板对光刻胶膜层和柔性材料膜层进行图案化处理。

在本实施例中，提供具有鱼体形状的掩膜板，利用掩膜板对光刻胶膜层和柔性材料膜层进行图案化处理，具体包括如下步骤：S231、利用掩膜板对光刻胶膜层和柔性材料膜层进行初曝光，详细地，初曝光的功率可以选择为40毫焦耳每平方厘米；S232、把初曝光后的光刻胶膜层和柔性材料膜层进行反转烘烤，详细地，该反转烘烤的温度为120摄氏度，该反转烘烤的时间为2分钟；S233、去除掩膜板，将反转烘烤的光刻胶膜层和柔性材料膜层进行范曝光，该范曝光即为不加掩膜板曝光，具体地，该范曝光的功率可以选择为200毫焦耳每平方厘米；S234、对范曝光后的光刻胶膜层和柔性材料膜层进行显影并清洗，具体地，显影的时间可以选择为40s，该清洗选择使用去离子水清洗，并且使用氮气吹干；S235、将光刻胶膜层和柔性材料膜层热固化，从而获得图案化处理后的光刻胶膜层和柔性材料膜层，详细地，可以选择将光刻胶膜层和柔性材料膜层放置在120摄氏度的热固台上进行热固化，该热固化的操作时间可以选择为2分钟，并且热固化后的光刻胶膜层和柔性材料膜层自然冷却至室温。

在另一个实施例中，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，还包括如下步骤：S24、分别在图案化处理后的光刻胶膜层和柔性材料膜层生长铝层。详细地，生长铝层的方法具体可以选择磁控溅射，磁控溅射为现有技术此处不具体分析，更进一步，铝层厚度为45-65纳米。

在另一个实施例中，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，还包括如下步骤：S25、去除图案化处理后的光刻胶膜层，以及去除光刻胶膜层上的铝层，获得具有鱼体形状的铝层。详细地，该去除步骤可以采用乙醇浸泡的方式完成。

在另一个实施例中，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，还包括如下步骤：S26、蚀刻图案化处理后的柔性材料膜层，获得具有鱼体形状的柔性材料膜层。

在本实施例中，蚀刻图案化处理后的柔性材料膜层，获得具有鱼体形状的柔性材料膜层，具体包括如下步骤：S261、提供蚀刻腔室，将图案化处理后的柔性材料膜层和铝层置入蚀刻腔室内；S262、在蚀刻腔室中通入40每体积流量的氧气，并将蚀刻腔室的压强调至20帕以及功率调至100瓦；S263、对图案化处理后的柔性材料膜层进行蚀刻，从而获得具有鱼体形状的柔性材料膜层，具体地，在本实施例中，该蚀刻时间长度选择为10分钟。该蚀刻方式能够很好地对柔性材料膜层进行蚀刻，极大程度地降低了过蚀刻或者蚀刻不净的情况出现几率。

在另一个实施例中，采用聚二甲基硅氧烷制备柔性材料，利用柔性材料构建鱼体，还包括如下步骤：S27、剥离鱼体形状的铝层获得具有鱼体形状的柔性材料膜层，利用鱼体形状的柔性材料膜层获得鱼体。具体地，该剥离操作具体采用浸泡氢氧化钠溶液的方式完成，同时，可以根据实际情况设计鱼体图纸，按照鱼体的设计图纸对该鱼体形状的柔性材料膜层进行雕琢，从而获得精细化的鱼体。

在一个实施例中，本发明还提供一种仿生柔体鱼的制备方法，制备方法用于上述的仿生柔体鱼，还包括如下步骤：S3、将鱼鳍和鱼体集成，获得仿生柔体鱼。

详细地，在本实施例中，将鱼鳍和鱼体集成，获得仿生柔体鱼，包括如下步骤：S31、对鱼鳍进行分类，分别获得胸鳍、腹鳍、背鳍和尾鳍；S32、将胸鳍粘合至鱼体下表面的左右两前侧，将腹鳍粘合至鱼体下表面的左右两中侧，背鳍粘合至鱼体上表面的中间位置，尾鳍粘合至鱼体的尾部，详细地，粘合操作可以选择粘合剂完成；S33、对鱼体进行钻孔操作获得进气孔，并匹配对应的孔塞；通过进气孔对鱼体进行负重操作或者充放气操作，负重操作或者充放气操作的具体选择根据实际情况来判定，若仿生柔体鱼需要进入深水层，则需要进行负重操作，若仿生柔体鱼需在浅水层，则需要进行充放气操作，该深水层和浅水层的定义具体由仿生柔体鱼的重量来恒定；S34、使用孔塞阻断鱼体的内部与外部的连接，获得仿生柔体鱼。

综上，本发明的制备方法步骤简单，对设备要求低，制备成本低，易于实现，对环境友好，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

另一方面，本发明还提供一种仿生柔体鱼的驱动方法，该驱动方法适用于上述仿生柔体鱼，包括如下步骤：提供近红外光和探测水域；将仿生柔体鱼放置于探测水域；利用近红外光照射鱼鳍，鱼鳍包括背鳍、腹鳍、尾鳍和胸鳍；使用近红外光照射背鳍，使得背鳍扭动从而保持仿生柔体鱼的平衡；利用近红外光照射腹鳍，使得腹鳍扭动从而控制仿生柔体鱼的升降；通过近红外光照射尾鳍和胸鳍，使得尾鳍和胸鳍扭动从而为仿生柔体鱼提供前进动力和控制仿生柔体鱼的转向。

在另一实施例中，该驱动方法还包括：针对探测水域的指定深度，通过进气孔对仿生柔体鱼进行负重操作或者充放气操作，使得仿生柔体鱼能悬浮在指定深度。

综上，本发明的驱动方法明确简洁，容易操作，且具有很强的针对性，通过同时对该仿生柔体鱼的多处鱼鳍进行近红外光照射，可使得该仿生柔体鱼沿指定路程前行，具有较高的实际意义和应用价值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种仿生柔体鱼，其特征在于，包括：鱼鳍和鱼体；

所述鱼鳍包括近红外光响应双层膜，所述近红外光响应双层膜用于在近红外光的照射条件下产生形变，从而使所述仿生柔体鱼在液体中保持平衡和/或运动；

所述近红外光响应双层膜包括驱动薄膜和柔性薄膜，所述驱动薄膜用于在所述在近红外光的照射条件下产生形变，所述柔性薄膜用于在无近红外光的照射条件恢复所述形变。

2.根据权利要求1所述的一种仿生柔体鱼，其特征在于，还包括：所述鱼体由柔性材料构成，所述鱼体的内部中空，所述鱼体的表面设置有进气孔和孔塞，所述进气孔用于对所述鱼体进行负重操作或者充放气操作，所述孔塞用于封闭所述进气孔。

3.一种仿生柔体鱼的制备方法，所述制备方法用于制备权利要求2所述的一种仿生柔体鱼，其特征在于，包括如下步骤：

制备所述近红外光响应双层膜，利用所述近红外光响应双层膜制得所述鱼鳍；

采用聚二甲基硅氧烷制备所述柔性材料，利用所述柔性材料构建所述鱼体；

将所述鱼鳍和所述鱼体集成，获得所述仿生柔体鱼。

4.根据权利要求3所述的仿生柔体鱼的制备方法，其特征在于，所述制备所述近红外光响应双层膜，利用所述近红外光响应双层膜制得所述鱼鳍，包括如下步骤：

提供基底；

将聚二甲基硅氧烷溶液和正己烷溶液混合，以得到第一混合溶液；

在所述基底的表面上涂覆所述第一混合溶液，获得柔性薄膜；

对所述柔性薄膜的表面进行处理，使得所述柔性薄膜的表面具有亲水性；

将金纳米棒、氮-异丙基丙烯酰胺溶液和引发剂混合，以得到第二混合溶液；

在所述柔性薄膜具有亲水性的表面涂覆所述第二混合溶液，获得驱动薄膜；

剥离所述基底，以得所述近红外光响应双层膜；

利用所述近红外光响应双层膜，制得所述鱼鳍。

5.根据权利要求3所述的仿生柔体鱼的制备方法，其特征在于，所述采用聚二甲基硅氧烷制备所述柔性材料，利用所述柔性材料构建所述鱼体，包括如下步骤：

调制聚二甲基硅氧烷溶液，利用所述聚二甲基硅氧烷溶液制备所述柔性材料；

在所述柔性材料的表面均匀涂覆光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层；

提供具有鱼体形状的掩膜板，利用所述掩膜板对所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层进行图案化处理；

分别在图案化处理后的所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层生长铝层；

去除图案化处理后的所述光刻胶膜层，以及去除所述光刻胶膜层上的铝层，获得具有鱼体形状的铝层；

蚀刻图案化处理后的所述柔性材料膜层，获得具有鱼体形状的柔性材料膜层；

剥离所述鱼体形状的铝层获得具有所述鱼体形状的柔性材料膜层，利用所述鱼体形状的柔性材料膜层获得所述鱼体。

6.根据权利要求5所述的仿生柔体鱼的制备方法，其特征在于，所述在所述柔性材料的表面均匀涂覆光刻胶，获得光刻胶膜层和柔性材料膜层，包括如下步骤：

提供旋转载台，将所述柔性材料吸附在所述旋转载台上；

在所述柔性材料的表面上涂覆所述光刻胶；

旋转所述柔性材料，利用离心力使所述光刻胶均匀平铺在所述柔性材料的表面；

烘烤所述柔性材料和所述光刻胶，获得所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层。

7.根据权利要求5所述的仿生柔体鱼的制备方法，其特征在于，所述提供具有鱼体形状的掩膜板，利用所述掩膜板对所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层进行图案化处理，包括如下步骤：

利用所述掩膜板对所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层进行初曝光；

把初曝光后的所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层进行反转烘烤；

去除所述掩膜板，将反转烘烤的所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层进行范曝光；

对范曝光后的所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层进行显影并清洗；

将所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层热固化，从而获得图案化处理后的所述光刻胶膜层和所述柔性材料膜层。

8.根据权利要求5所述的仿生柔体鱼的制备方法，其特征在于，所述蚀刻图案化处理后的所述柔性材料膜层，获得具有鱼体形状的柔性材料膜层，包括如下步骤：

提供蚀刻腔室，将图案化处理后的所述柔性材料膜层和所述铝层置入所述蚀刻腔室内；

在所述蚀刻腔室中通入40每体积流量的氧气，并将所述蚀刻腔室的压强调至20帕以及功率调至100瓦；

对图案化处理后的所述柔性材料膜层进行蚀刻，从而获得具有鱼体形状的柔性材料膜层。

9.根据权利要求3所述的仿生柔体鱼的制备方法，其特征在于，所述将所述鱼鳍和所述鱼体进行集成，获得所述仿生柔体鱼，包括如下步骤：

对所述鱼鳍进行分类，分别获得胸鳍、腹鳍、背鳍和尾鳍；

将所述胸鳍粘合至所述鱼体下表面的左右两前侧，将所述腹鳍粘合至所述鱼体下表面的左右两中侧，所述背鳍粘合至所述鱼体上表面的中间位置，所述尾鳍粘合至所述鱼体的尾部；

对所述鱼体进行钻孔操作获得所述进气孔，并匹配对应的所述孔塞；

通过所述进气孔对所述鱼体进行负重操作或者充放气操作；

使用所述孔塞阻断所述鱼体的内部与外部的连接，获得所述仿生柔体鱼。

10.一种仿生柔体鱼的驱动方法，所述驱动方法适用于权利要求1所述的仿生柔体鱼，其特征在于，包括如下步骤：

提供近红外光和探测水域；

将所述仿生柔体鱼放置于所述探测水域；

利用所述近红外光照射所述鱼鳍，所述鱼鳍包括背鳍、腹鳍、尾鳍和胸鳍；

使用所述近红外光照射所述背鳍，使得所述背鳍扭动从而保持所述仿生柔体鱼的平衡；

利用所述近红外光照射所述腹鳍，使得所述腹鳍扭动从而控制所述仿生柔体鱼的升降；

通过所述近红外光照射所述尾鳍和所述胸鳍，使得所述尾鳍和所述胸鳍扭动从而为所述仿生柔体鱼提供前进动力和控制所述仿生柔体鱼的转向。

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