一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人及制造方法

1.本发明属于生物混合机器人技术领域，涉及一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人及制造方法。


背景技术：

2.生物混合机器人是一种在微观尺度上利用活生命材料驱动机械结构实现运动或功能的机器人，在微观尺度上具有传统刚性驱动、柔性驱动等驱动形式所没有的高能量效率、高功率质量比、高能量密度、高准确性、高强度、高重复性等优点。生物混合机器人领域已被列为未来机器人领域面临的十大挑战之一，生物混合机器人已经成为当今国际机器人领域高度关注的前沿科技领域。生物混合机器人可实现多领域、多学科交叉，在医学、农业、军事、环境监测等领域具有广阔的应用前景。因此研究生物混合机器人具有广泛的科学意义和应用价值。
3.生物混合机器人能够实现诸如游动、爬行、抓取、泵送等运动模态，其中爬行生物混合机器人是研究热点之一。为满足复杂多变的实际应用需求，增加爬行生物混合机器人在动态环境中的应用潜力，爬行生物混合机器人的运动性能急需提升。现有的爬行生物混合机器人仅能实现微米级运动，且多为单一生命体驱动，机械结构变形量小，且变形量随生命体的舒张而释放，这限制了爬行生物混合机器人的运动性能。几何毛虫具有优异的运动性能，其欧米伽运动比普通毛虫的爬行运动快几倍。究其原因，在于几何毛虫第4-7节腹部纵向肌肉的顺序收缩以及几何毛虫的足锚锚定作用，多肌肉的顺序收缩增大了变形量，足锚的锚定作用在前进方向上提供了定向摩擦力。因此，现有技术需要一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人及制造方法，来处理爬行生物混合机器人机动性有限的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人及制造方法，以解决爬行生物混合机器人的运动性能有限的问题。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，包括：
7.封装层、电刺激模块、机械骨架、生命体模块与摩擦垫；
8.所述摩擦垫通过化学物质连接在机械骨架的接地处，所述生命体模块生长粘附在机械骨架的底部沟槽中，所述电刺激模块通过封装层固化粘附在机械骨架的上部，并为生命体模块提供外部电刺激；所述电刺激模块与生命体模块一一对应布置。
9.优选的，所述电刺激模块包括第一电刺激片、第二电刺激片和第三电刺激片；所述第一电刺激片、第二电刺激片和第三电刺激片布设在机械骨架伸缩部的上部；
10.优选的，所述生命体模块包括第一生命体、第二生命体和第三生命体；
11.第一生命体、第二生命体和第三生命体布设在机械骨架伸缩部的底部沟槽中，所述第一电刺激片、第二电刺激片和第三电刺激片分别与第一生命体、第二生命体和第三生
命体一一对应布置。
12.优选的，所述摩擦垫包括小摩擦系数摩擦垫和大摩擦系数摩擦垫；所述机械骨架的前脚和后脚的接地处均布置有小摩擦系数摩擦垫和大摩擦系数摩擦垫；沿机械骨架的前进方向小摩擦系数摩擦垫在前布置，大摩擦系数摩擦垫在后布置。
13.优选的，在生命体模块的收缩阶段，机械骨架前脚的大摩擦系数摩擦垫接地起到锚定作用，机械骨架后脚的小摩擦系数摩擦垫接地使机器人向前运动；
14.在生命体模块的舒张阶段，机械骨架后脚的大摩擦系数摩擦垫接地起到锚定作用，机械骨架前脚的小摩擦系数摩擦垫接地使机器人向前运动。
15.优选的，所述摩擦垫通过二苯甲酮溶液处理连接在机械骨架上；所述机械骨架为甲基丙烯酸酰化明胶-碳纳米管水凝胶层，所述生命体模块由大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞培养在机械骨架上生长分化得到。
16.优选的，所述封装层和电刺激模块均通过甲基丙烯酸酰化明胶-碳纳米管水凝胶的光固化作用与机械骨架连接。
17.优选的，所述电刺激模块通过聚乙二醇水凝胶光固化固定在所述封装层上；所述封装层为聚乙二醇水凝胶光固化薄膜。
18.一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人的制造方法，包括：
19.s1，在玻璃模具底部摆放电刺激模块，再倒入聚乙二醇预聚液通过紫外光固化后得到封装层；
20.s2，将所述封装层和所述电刺激模块翻转，再倒入甲基丙烯酸酰化明胶-碳纳米管预聚液后，按照预设位置放入pdms印章通过紫外光固化后得到带有沟槽的机械骨架；
21.s3，在所述机械骨架上放置预先使用二苯甲酮溶液处理的配比不同的聚二甲基硅氧烷膜制造得到摩擦垫；
22.s4，在所述机械骨架的沟槽上种植大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞得到生命体模块，整体仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人制造完成。
23.优选的，所述摩擦垫中采用道康宁184灌封胶的基本组分与固化剂配比10:1得到大摩擦系数摩擦垫，采用道康宁184灌封胶的基本组分与固化剂配比5:1得到小摩擦系数摩擦垫。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
25.本发明提出一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人及制造方法，该机器人由封装层、电刺激模块、机械骨架、生命体和摩擦垫组成，通过生命体提供机器人驱动力，电刺激模块对生命体施加电刺激，用于控制生命体的力的输出；封装层为光固化薄膜，用于封装电刺激模块；机械骨架为带有沟槽结构的薄膜，用于承载封装层与电刺激模块、负载生命体；摩擦垫为机器人在前进方向上提供定向摩擦力。在电刺激模块的刺激作用下，生命体产生收缩，机械骨架在生命体力的作用下弯曲变形，机器人前脚摩擦垫与后脚摩擦垫提供定向摩擦力，机器人向前运动，通过多个生命体顺序收缩与舒张以及运动过程产生定向摩擦力实现爬行；在爬行运动过程中，生命体在电刺激模块的电刺激作用下依次收缩，机械骨架受力弯曲，摩擦垫在前进方向上提供定向摩擦力，机器人变形前进，从而实现爬行运动，解决了爬行生物混合机器人在生命体输出力有限的情况下，机械结构变形量小，爬行生物混合机器人运动性能有限的问题，仿生机制的应用以及多生命体驱动，可以为爬行生物混合机
器人的设计领域提供新的思路。
26.进一步，本发明对具有优异运动性能的几何毛虫运动机理进行仿生，提供了一种新的爬行生物混合机器人设计思路，减少了结构设计的迭代次数。
27.进一步，本发明采用了3个生命体进行驱动，在组织工程发展有限、单一生命体输出力短时间内难以提升的条件下增大了生命体的输出力。
28.进一步，本发明采用电刺激模块进行顺序、局部刺激，在爬行生物混合机器人运动过程中积累了变形量，有益于爬行生物混合机器人运动性能的提升。
29.进一步，本发明采用前后摩擦系数不同的摩擦垫，保证了爬行生物混合机器人运动的摩擦各向异性。
附图说明
30.图1为爬行生物混合机器人的结构图；
31.图2为爬行生物混合机器人的躯体剖视图；
32.图3为爬行生物混合机器人的运动原理图；图(a)为收缩阶段，图(b)为舒张阶段；
33.图4为爬行生物混合机器人的制造方法示意图；
34.图5为图1中机械骨架结构图；
35.图6为图1中摩擦垫结构图。
36.其中：1-封装层，2-电刺激模块，3-机械骨架，4-生命体模块，5-摩擦垫，21-第一电刺激片，22-第二电刺激片，23-第三电刺激片，41-第一生命体，42-第二生命体，43-第三生命体，51-小摩擦系数摩擦垫，52-大摩擦系数摩擦垫。
具体实施方式
37.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
39.实施例1
40.如图1至图6所示，本发明设计一种基于仿生原理的爬行生物混合机器人及制造方法，对于在生物混合机器人的设计中引入自然生物仿生机制，扩大爬行生物混合机器人的设计思路，提升生物混合机器人的应用前景具有重要意义。几何毛虫是鳞翅目幼虫，具有优异的运动性能。几何毛虫的欧米伽运动比普通毛虫的运动速度快几倍，在一个运动周期中向前投掷5个体节，运动频率超2hz，整体速度约25mm/s，体长速度约为0.78s-1
，具有优异的运动性能。究其原因，在于几何毛虫第4-7节腹部纵向肌肉的顺序收缩以及几何毛虫的足锚锚定作用，多肌肉的顺序收缩增大了变形量，足锚的锚定作用在前进方向上提供了定向摩擦力。基于几何毛虫的运动机理，设计一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人。具体地，一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人系统，包括封装层1、电刺激模块2、机械骨架3、生
命体模块4及摩擦垫5。所述封装层1为聚乙二醇(peg)水凝胶；所述电刺激模块2由第一电刺激片21、第二电刺激片22以及第三电刺激片23组成；所述机械骨架为甲基丙烯酸酰化明胶-碳纳米管(gelma-cnt)水凝胶层；所述生命体模块4由大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞培养的第一生命体41、第二生命体42以及第三生命体43组成；所述摩擦垫5由小摩擦系数摩擦垫51及大摩擦系数摩擦垫52组成。
41.所述摩擦垫5由不同配比的聚二甲基硅氧烷(pdms)制成摩擦系数不同的摩擦垫组成，所述摩擦垫5通过二苯甲酮溶液处理连接在机械骨架3上，所述生命体模块4生长粘附在所述机械骨架3下的沟槽结构中，所述电刺激模块2通过peg水凝胶的光固化固定在所述封装层1上，所述封装层1与电刺激模块2通过gelma-cnt水凝胶光固化连接在所述机械骨架3上。
42.所述摩擦垫5具有小摩擦系数摩擦垫51与大摩擦系数摩擦垫52，为机器人爬行提供定向摩擦力。在机器人前进方向上，所述小摩擦系数摩擦垫51与大摩擦系数摩擦垫52接地，为机器人提供定向摩擦力。
43.所述机械骨架3上与电刺激模块2相连接，下具有沟槽结构，生命体模块4通过所述机械骨架3下表面沟槽结构生长分化并粘附。
44.本发明工作过程为：当所述生命体模块4处于收缩阶段工作时，所述机械骨架3、电刺激模块2及封装层1随着所述生命体模块4输出力而弯曲。所述前脚摩擦垫5中大摩擦系数摩擦垫52接地，后脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地从而产生相应的向前运动；当所述生命体模块4处于舒张阶段工作时，所述机械骨架3、电刺激模块2及封装层1随着所述生命体模块4舒张而回复。所述前脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地，后脚摩擦垫5中大摩擦系数摩擦垫52接地从而产生相应的向前运动。
45.本发明还提供一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人的制造方法，包括以下步骤：
46.根据机器人的工作原理，将所述机器人分解为五大部分：封装层、电刺激模块、机械骨架、生命体以及摩擦垫。
47.所述五大部分采用不同的制造方法：所述封装层由peg预聚液光固化制造。所述电刺激模块利用丝网印刷技术在聚氨酯(pu)膜上打印导电层制造电刺激片。所述机械骨架由gelma-cnt预聚液光固化制造。所述生命体由大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞在机械骨架上生长分化。所述摩擦垫由道康宁184灌封胶的基本组分与固化剂配比10:1得到的聚二甲基硅氧烷制造大摩擦系数摩擦垫，由道康宁184灌封胶的基本组分与固化剂配比5:1得到的pdms制造小摩擦系数摩擦垫，使用倒模的方式制作。其中，道康宁184灌封胶的型号为sylgard，美国产，道康宁184灌封胶是由液体组分组成的双组分套件产品，包括基本组分与固化剂。
48.所述电刺激模块制造完成后放置在模具中，倾倒peg预聚液，光固化后制造出封装层。翻转结构，倾倒gelma-cnt预聚液，未固化时放置pdms印章，光固化后制造具有沟槽结构的机械骨架。所述生命体细胞提取后种植在制造的机械骨架沟槽上并进行生长分化。所述摩擦垫倒模制造后利用二苯甲酮溶液处理，连接在机械骨架上从而得到机器人整机。
49.实施例2
50.如图1所示的，一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，包括封装层1、电刺激模块2、机械骨架3、生命体模块4以及摩擦垫5。
51.所述电刺激模块2由第一电刺激片21、第二电刺激片22以及第三电刺激片23组成；所述机械骨架3下部存在沟槽结构；所述生命体模块4由第一生命体41、第二生命体42以及第三生命体43组成；所述摩擦垫5包含小摩擦系数摩擦垫51和大摩擦系数摩擦垫52。
52.所述电刺激模块2与生命体模块4位置一一对应，所述生命体模块4通过细胞种植生长粘附在机械骨架3的沟槽结构上，所述摩擦垫在前进方向上小摩擦系数摩擦垫51在前，大摩擦系数摩擦垫52在后。
53.如图2所示的，仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人躯体部分可以概括为3个部分。如第二部分包含封装层1、第二电刺激片22、机械骨架3、第二生命体42。机械骨架3下沟槽结构生长粘附第二生命体42，上承载第二电刺激片22，封装层1对该部分进行封装。
54.如图3所示，机器人的运动原理如下：
55.基于仿生对象几何毛虫的运动机理，设计出仿生爬行生物混合机器人。在收缩阶段，所述电刺激模块2刺激所述生命体模块4使其产生收缩，所述机械骨架3产生弯曲变形，机器人前脚和后脚朝中间收缩，此时前脚锚定，后脚向前移动。在舒张阶段，所述生命体模块4舒张，所述机械骨架3恢复初始长度，此时后脚锚定，前脚向前移动。
56.如图4所示，爬行生物混合机器的制造流程包含：
57.在玻璃模具底部按照设计尺寸摆放所述第一电刺激片21、所述第二电刺激片22和所述第三电刺激片23。倾倒peg预聚液，紫外光固化制造所述封装层1。将所述封装层1和所述电刺激模块2翻转，倾倒gelma-cnt预聚液，并在其上放置预先制造好的带有沟槽的pdms印章用于以制造沟槽结构，紫外光固化制造所述机械骨架3。在所述机械骨架3上放置预先使用二苯甲酮溶液处理的配比不同的pdms膜，以制造所述摩擦垫5。在所述机械骨架3的沟槽结构上种植大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞，以制造所述生命体模块4。整机制造完成。
58.如图5所示，所述机械骨架3表面分布有三处沟槽结构，沟槽结构的作用为：为细胞增殖分化提供附着结构，增加细胞定向排列以提高生命体的输出力。所述生命体模块4在机械骨架3上施加力的作用，使得所述机械骨架3、电刺激模块2以及封装层1在力的作用下弯曲变形与回复。
59.如图6所示，所述摩擦垫5由小摩擦系数摩擦垫51和大摩擦系数52组成，在生命体模块4收缩阶段前脚大摩擦系数52接地，起到锚定作用，后脚小摩擦系数51接地，从而机器人向前运动；在生命体模块4舒张阶段后脚大摩擦系数52接地，起到锚定作用，前脚小摩擦系数51接地，从而机器人向前运动。
60.在所述爬行运动运动过程中，在收缩阶段：第一电刺激片21刺激第一生命体41使其产生收缩，此时前脚摩擦垫5中大摩擦系数摩擦垫52接地，后脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地，后脚向前移动；第一电刺激片21刺激第一生命体41、第二电刺激片22刺激第二生命体42，第一生命体41和第二生命体42产生收缩，此时前脚摩擦垫5中大摩擦系数摩擦垫52接地，后脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地，后脚向前移动；第一电刺激片21刺激第一生命体41、第二电刺激片22刺激第二生命体42，第三电刺激片23刺激第三生命体43，第一生命体41、第二生命体42以及第三生命体43产生收缩，此时前脚摩擦垫5中大摩擦系数摩擦垫52接地，后脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地，后脚向前移动。在舒张阶段：第二电刺激片22刺激第二生命体42、第三电刺激片23刺激第三生命体43，第二生命体42和第三生命体43收缩，第一生命体41舒张，此时前脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地，后脚摩擦垫5
中大摩擦系数摩擦垫52接地，前脚向前移动；第三电刺激片23刺激第三生命体43，第三生命体43收缩，第一生命体41以及第二生命体42舒张，此时前脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地，后脚摩擦垫5中大摩擦系数摩擦垫52接地，前脚向前移动；电刺激模块2不刺激，生命体模块4舒张，此时前脚摩擦垫5中小摩擦系数摩擦垫51接地，后脚摩擦垫5中大摩擦系数摩擦垫52接地，前脚向前移动。
61.一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人的设计制造方法包括以下步骤：
62.设计方法：根据所述机器人的工作原理，将所述机器人分解为五个部分：封装层、电刺激模块、机械骨架、生命体以及摩擦垫。确定机器人各个部分以及连接方式之后，在生命体尺寸的限制和制约之下，规划各个部分的尺寸。其中生命体尺寸由组织工程培养技术决定，在确定生命体尺寸后，确定电刺激模块的尺寸，选择确定封装层的尺寸和机械骨架的尺寸，从而选择确定摩擦垫的尺寸。
63.制造方法：
64.在确定机器人各个部分结构与尺寸之后，对机器人不同部分采用不同的制造方法。所述封装层由peg预聚液光固化制造。所述电刺激模块利用丝网印刷技术在pu膜上打印导电层制造电刺激片。所述机械骨架由gelma-cnt预聚液光固化制造。所述生命体由大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞在机械骨架上生长分化。所述摩擦垫由不同配比的pdms材料制造摩擦垫，使用倒模的方式制作。
65.对于所述封装层1，使用20％的peg预聚液倒入玻璃模具中，玻璃模具中事先放置电刺激片，在紫外光下120mw/cm2照射固化，得到黏附有电刺激模块2的薄膜状的封装层1。
66.对于所述机械骨架3，制备涂覆甲基丙烯酸化水凝胶(gelma)的碳纳米管(cnt)。将gelma溶解在dpbs中，将官能化的cnt加入gelma预聚液中，将负载有cnt的gelma预聚液超声处理1h。将gelma和光引发剂pi溶解在dpbs中，温度80℃，持续时间10min，加入制备的cnt溶液，在80℃中孵育10min。将制备好的gelma-cnt倾倒在放置封装层1与电刺激模块2的玻璃模具中，放置带有沟槽的pdms印章在预定位置上，紫外光120mw/cm2照射固化，得到机械骨架3。
67.对于所述生命体模块4，处死乳鼠后，分离、清洗、切碎后肢肌肉，使用胶原酶、胰酶消化骨骼肌肌肉组织，使用70μm细胞筛和40μm细胞筛过滤细胞悬液，重悬细胞后进行预板培养，将细胞接种于包被培养皿培养后再次预板，最后接种至机械骨架3的沟槽结构上。
68.对于所述摩擦垫5，在载玻片上粘贴两处相距为摩擦垫宽度的3m胶带，在胶带上放置3-(三甲氧基硅烷)丙基丙烯酸酯(tmspma)改性的载玻片，在载玻片与tmspma改性的载玻片之间滴入不同配比的pdms，从而制造具有小摩擦系数摩擦垫51和大摩擦系数摩擦垫52组成的摩擦垫5。
69.综上所述，本发明提出一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人及制造方法，该机器人由封装层、电刺激模块、机械骨架、生命体和摩擦垫组成。所述生命体提供机器人驱动力；所述电刺激模块对生命体施加电刺激，用于控制生命体的力的输出；所述封装层为光固化薄膜，用于封装电刺激模块；所述机械骨架为带有沟槽结构的薄膜，用于承载封装层与电刺激模块、负载生命体；所述摩擦垫为机器人在前进方向上提供定向摩擦力。
70.其基本工作原理为：在电刺激模块的刺激作用下，生命体产生收缩，机械骨架在生命体力的作用下弯曲变形，机器人前脚摩擦垫与后脚摩擦垫提供定向摩擦力，机器人向前
运动。本发明主要针对爬行生物混合机器人在生命体输出力有限的情况下，机械结构变形量小，爬行生物混合机器人运动性能有限的问题，通过多个生命体顺序收缩与舒张以及运动过程产生定向摩擦力实现爬行。
71.在爬行运动过程中，生命体在电刺激模块的电刺激作用下依次收缩，机械骨架受力弯曲，摩擦垫在前进方向上提供定向摩擦力，机器人变形前进，从而实现爬行运动。
72.仿生机制的应用以及多生命体驱动，可以为爬行生物混合机器人的设计领域提供新的思路。
73.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
75.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
76.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
77.本文中所描述的具体实例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做修改或补充或采取类似的方法替代，但不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
78.以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
79.以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行
修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，包括：封装层(1)、电刺激模块(2)、机械骨架(3)、生命体模块(4)与摩擦垫(5)；所述摩擦垫(5)通过化学物质连接在机械骨架(3)的接地处，所述生命体模块(4)生长粘附在机械骨架(3)的底部沟槽中，所述电刺激模块(2)的一侧与封装层(1)连接，电刺激模块(2)另一侧固化粘附在机械骨架(3)的上部，并为生命体模块(4)提供外部电刺激；所述电刺激模块(2)与生命体模块(4)相对应布置。2.根据权利要求1所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，所述电刺激模块(2)包括第一电刺激片(21)、第二电刺激片(22)和第三电刺激片(23)；所述第一电刺激片(21)、第二电刺激片(22)和第三电刺激片(23)布设在机械骨架(3)伸缩部的上部。3.根据权利要求2所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，所述生命体模块(4)包括第一生命体(41)、第二生命体(42)和第三生命体(43)；第一生命体(41)、第二生命体(42)和第三生命体(43)布设在机械骨架(3)伸缩部的底部沟槽中，所述第一电刺激片(21)、第二电刺激片(22)和第三电刺激片(23)分别与第一生命体(41)、第二生命体(42)和第三生命体(43)对应布置。4.根据权利要求1所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，所述摩擦垫(5)包括小摩擦系数摩擦垫(51)和大摩擦系数摩擦垫(52)；所述机械骨架(3)的前脚和后脚的接地处均布置有小摩擦系数摩擦垫(51)和大摩擦系数摩擦垫(52)；沿机械骨架(3)的前进方向小摩擦系数摩擦垫(51)在前布置，大摩擦系数摩擦垫(52)在后布置。5.根据权利要求4所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，在生命体模块(4)的收缩阶段，机械骨架(3)前脚的大摩擦系数摩擦垫(52)接地起到锚定作用，机械骨架(3)后脚的小摩擦系数摩擦垫(51)接地使机器人向前运动；在生命体模块(4)的舒张阶段，机械骨架(3)后脚的大摩擦系数摩擦垫(52)接地起到锚定作用，机械骨架(3)前脚的小摩擦系数摩擦垫(51)接地使机器人向前运动。6.根据权利要求1所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，所述摩擦垫(5)通过二苯甲酮溶液处理连接在机械骨架(3)上；所述机械骨架(3)为甲基丙烯酸酰化明胶-碳纳米管水凝胶层，所述生命体模块(4)由大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞培养在机械骨架(3)上生长分化得到。7.根据权利要求1所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，所述封装层(1)和电刺激模块(2)均通过甲基丙烯酸酰化明胶-碳纳米管水凝胶的光固化作用与机械骨架(3)连接。8.根据权利要求1所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，其特征在于，所述电刺激模块(2)通过聚乙二醇水凝胶通过光固化固定在所述封装层(1)上；所述封装层(1)为聚乙二醇水凝胶光固化薄膜。9.一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人的制造方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一项所述的仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人，包括：s1，在玻璃模具底部摆放电刺激模块(2)，再倒入聚乙二醇预聚液通过紫外光固化后得到封装层(1)；s2，将所述封装层(1)和所述电刺激模块(2)翻转，再倒入甲基丙烯酸酰化明胶-碳纳米管预聚液后，按照预设位置放入pdms印章通过紫外光固化后得到带有沟槽的机械骨架(3)；
s3，在所述机械骨架(3)上放置预先使用二苯甲酮溶液处理的配比不同的聚二甲基硅氧烷膜制造得到摩擦垫(5)；s4，在所述机械骨架(3)的沟槽上种植大鼠乳鼠原代骨骼肌细胞得到生命体模块(4)，整体仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人制造完成。10.根据权利要求9所述的一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人的制造方法，其特征在于，所述摩擦垫(5)中采用道康宁184灌封胶的基本组分与固化剂配比10:1得到大摩擦系数摩擦垫(52)，采用道康宁184灌封胶的基本组分与固化剂配比5:1得到小摩擦系数摩擦垫(51)。

技术总结
本发明公开了一种仿生几何毛虫的爬行生物混合机器人及制造方法，包括封装层、电刺激模块、机械骨架、生命体模块与摩擦垫；摩擦垫通过化学物质连接在机械骨架的接地处，生命体模块生长粘附在机械骨架的底部沟槽中，电刺激模块通过封装层固化粘附在机械骨架的上部，电刺激模块与生命体模块一一对应布置；在电刺激模块的刺激作用下，生命体产生收缩，机械骨架在生命体力的作用下弯曲变形，机器人前脚摩擦垫与后脚摩擦垫提供定向摩擦力，机器人向前运动，通过多个生命体顺序收缩与舒张以及运动过程产生定向摩擦力实现爬行，解决了爬行生物混合机器人在生命体输出力有限的情况下，机械结构变形量小，爬行生物混合机器人运动性能有限的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：高琳 张源 李涤尘 梁拓 成玮 连芩 谢璇璇 武文泽 仝帅康
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/20