一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘

本发明涉及仿生吸盘，具体涉及一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘。

背景技术：

1、地球因其生物体的多样性而与众不同，在亿万年的进化演变中，每个生物体都成为地球这个大家庭不可或缺的一部分。这些生物体在日常的生存中逐渐演化出了各自独特的本领。章鱼、壁虎以及鲍鱼等生物展示了强大的吸附能力，这引起了研究者的广泛关注。如果能仿生设计出具有这些生物强大吸附能力的结构或装置，将对人类的实际生活产生巨大影响。

2、具有边呼吸边吸附特性的清道夫鱼，引起了研究者的高度关注。清道夫鱼的吸附部位与呼吸部位均位于嘴唇，这一特点更加凸显了其独特的生物学特性。这就会引发一个明显的悖论：对于一个功能正常的吸附装置，必须保持内部绝对密封以确保吸附功能正常。然而，清道夫鱼需要呼吸，因此必须保持嘴唇同外界的通畅，以满足其基本的生存需求。研究表明，清道夫鱼的吸附和呼吸两者密不可分。在吸气时，瓣膜前腔收缩，瓣膜后腔扩张，鳃孔关闭，唇沟开启，水通过唇沟流入瓣膜前腔，最终到达瓣膜后腔；而在呼气时，瓣膜前腔扩张，瓣膜后腔收缩，鳃孔开启，唇沟关闭，水则从鳃孔排出体外。

3、由于清道夫鱼常年生活在水下，所以清道夫鱼进行吸附时，唇盘与吸附面间通常有一层液体层，即在相距几乎零距离的唇盘和吸附面间填充着一定量的液体，该液体同唇盘及吸附面形成表面附着的效果，这种两固体间相距很近且中间填充液体相互连接的系统称之为液桥系统，该系统会产生一种液桥力，液桥力是毛细力的具体表现形式。该液桥力产生的根源是液体间的内聚力及液体与固体间的附着力综合作用的结果，液桥力会在清道夫鱼吸盘的吸附过程中起到增强吸附效果的作用。清道夫鱼吸盘主要利用内部腔道的真空负压产生负压动力源及唇盘上大小不一、排列无序的乳突的毛细力作用来完成来完成吸附和脱附的。

4、清道夫鱼吸盘主要由唇盘、瓣膜前腔和瓣膜后腔组成。ct扫描成像显示，清道夫鱼吸盘在材料特征上呈现出刚度梯度的特点。其中，唇盘和瓣膜前腔的组织较为柔软，而瓣膜后腔则较硬。鱼体解剖显示，清道夫鱼吸盘在结构特征上呈现出侧向分布的特点。为了模仿这种侧向产生负压的机制，吸盘靠近鳃孔位置预留了侧向抽取真空的通孔，这一设计在一定程度上符合清道夫鱼吸盘的天然真空负压吸附机理。为了模拟乳突的毛细力吸附作用，在唇盘上设计了大小不一、排列无序的圆顶结构，以模仿乳突的结构。这样做尽可能地还原了天然清道夫鱼吸盘的毛细力吸附机理。

5、目前，常见的仿生吸盘结构大多是锥形或按压式的，但它们存在使用寿命短、真空度低、吸附机理单一等问题。因此，需要探索新的生物学灵感和吸盘设计。本发明提出的基于清道夫鱼的真空负压合并毛细力吸附机理的仿生软体吸盘，正是受到了清道夫鱼吸附机理的启发。该结构新颖，吸附性能优异，具备变刚度的特性并综合了两种吸附机理，满足了多样性需求。因此，它特别适宜小批量生产与结构性能研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，以解决背景技术中提到的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，具体包括以下内容：

2、(1)、吸附机理分析；

3、(2)、吸盘组成部分分析：清道夫鱼吸盘主要由唇盘、瓣膜前腔及瓣膜后腔组成，吸附部位主要由唇盘和瓣膜前腔组成，唇盘上的乳突结构能够加强吸附效果，瓣膜后腔起到稳定吸盘吸附位置的作用；

4、(3)、吸盘材料特征分析：对清道夫鱼吸盘进行ct扫描成像，并由ct扫描成像显示，清道夫鱼吸盘在材料特征上呈现出刚度梯度的特点；唇盘和瓣膜前腔的组织较为柔软，而瓣膜后腔则较硬；唇盘作为吸附面的直接接触部位，其偏软的材质能够更好地适应各种复杂的吸附面，其上的乳突结构能够在湿滑环境下通过毛细力作用加强吸盘的吸附性能；

5、(4)、吸盘结构特征分析：鱼体解剖显示，清道夫鱼吸盘在结构特征上呈现出侧向分布的特点；清道夫鱼吸盘通过侧向产生负压的机制，使得其吸附更加可靠、适应性更广，因此在吸盘靠近鳃孔位置预留侧向抽取真空的通孔；乳突结构多为柱形且在唇盘上排列无序、大小不一，为了模拟乳突的毛细力吸附作用，需在唇盘上设计大小不一、排列无序的圆顶结构，以模仿乳突的结构；

6、(5)、吸盘的制备：制备仿生吸盘模型，通过模型制造模具；通过模具先制备唇盘和瓣膜前腔：取等体积或等重量的a型和b型硅胶溶液，其中遵循先b型硅胶溶液后a型硅胶溶液的原则，将a型硅胶溶液倒入完毕后，用搅拌棒按同一方向充分混合搅拌硅胶混合液持续5到8分钟；在首次浇注的a型硅胶溶液不再明显流动时，再以相同的方法进行瓣膜后腔的浇注；最后，脱模，得到侧向吸附的具有刚度梯度的仿清道夫鱼软体吸盘。

7、优选地，所述(1)中吸附机理分析具体包括：清道夫鱼的吸盘位于嘴唇处，清道夫鱼吸盘主要通过内部腔道的真空负压产生负压动力源及乳突的毛细力作用完成吸附和脱附。

8、优选地，所述(5)中制备仿生吸盘模型的具体内容为：对清道夫鱼内部腔道进行石膏倒模实验，得到完整的内部腔道石膏模型，对石膏模型进行3d扫描，得到相应的三维数字模型，利用solidworks软件进行仿生清道夫鱼吸盘模型的设计，最终得到仿生吸盘模型。

9、优选地，所述(5)中吸盘的唇盘和瓣膜前腔的组织较为柔软，采用ecoflexseries-00-50，瓣膜后腔的组织较硬，采用dragon skin series-30。

10、优选地，所述(5)中进行搅拌时，用搅拌棒刮取烧杯底部和外部，以免在烧杯壁和底部形成沉积。

11、优选地，所述(5)中等待16个小时后进行模具的脱模。

12、本发明的技术效果和优点：本软体吸盘结构新颖、吸附性能优异、吸附机理多元化；制造流程简单，简单易上手，可靠性高，满足多样性需求；成本较低、重复性高，比较适宜小批量生产与结构性能研究。

技术特征：

1.一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，其特征在于，具体包括以下内容：

2.根据权利要求1所述的一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，其特征在于：所述(1)中吸附机理分析具体包括：清道夫鱼的吸盘位于嘴唇处，清道夫鱼吸盘主要通过内部腔道的真空负压产生负压动力源及乳突的毛细力作用完成吸附和脱附。

3.根据权利要求1所述的一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，其特征在于：所述(5)中制备仿生吸盘模型的具体内容为：对清道夫鱼内部腔道进行石膏倒模实验，得到完整的内部腔道石膏模型，对石膏模型进行3d扫描，得到相应的三维数字模型，利用solidworks软件进行仿生清道夫鱼吸盘模型的设计，最终得到仿生吸盘模型。

4.根据权利要求3所述的一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，其特征在于：所述(5)中吸盘的唇盘和瓣膜前腔的组织较为柔软，采用ecoflex series-00-50，瓣膜后腔的组织较硬，采用dragon skin series-30。

5.根据权利要求4所述的一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，其特征在于：所述(5)中进行搅拌时，用搅拌棒刮取烧杯底部和外部，以免在烧杯壁和底部形成沉积。

6.根据权利要求1所述的一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，其特征在于：所述(5)中等待16个小时后进行模具的脱模。

技术总结本发明公开了一种真空负压合并毛细力吸附机理的仿清道夫鱼软体吸盘，具体包括以下内容：吸附机理分析；吸盘组成部分分析；吸盘材料特征分析；吸盘结构特征分析和吸盘的制备。本软体吸盘结构新颖、吸附性能优异、吸附机理多元化；制造流程简单，简单易上手，可靠性高，满足多样性需求；成本较低、重复性高，比较适宜小批量生产与结构性能研究。技术研发人员：肖朋,孙广开,王紫薇,祝连庆受保护的技术使用者：北京信息科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9