[發明專利]摩擦電光智能皮膚、機械手及機器人

有效

• 申請號: 201711497847.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109986599B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 張弛;布天昭;肖天笑;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;F21V33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供了一種摩擦電光智能皮膚、機械手及機器人，所述摩擦電光智能皮膚，包括：彈性體；光致發光顆粒，分散在所述彈性體中；以及光柵，具有微裂紋結構，其嵌入在所述彈性體中并覆蓋所述光致發光顆粒；其中，在橫向拉力的作用下，所述光柵的微裂紋寬度變化從而改變所述摩擦電光智能皮膚的光致發光強度。本公開摩擦電光智能皮膚、機械手及機器人具有較好的靈敏度、可逆性和穩定性，通過耦合可調光致發光和摩擦納米發電機，可以利用光信號傳感橫向拉伸應變，還可以通過電信號來傳感縱向壓力，實現了多維度的機械力傳感。

技術領域

本公開涉及光致發光及摩擦發電技術領域，具體地，涉及一種可拉伸摩擦電光智能皮膚、機械手及機器人。

背景技術

智能皮膚作為一種仿生生物皮膚的電子器件，需要具備生物皮膚的多種特性，例如可拉伸性，觸摸傳感特性等。此外，對人類來說，皮膚可以將外部刺激轉化為生理信號，然后進一步被大腦翻譯；同時，皮膚可以說是靈敏度最高，最為復雜的傳感網絡之一。所以，智能皮膚作為機器人和外部環境的媒介，需要具有監測多種外部刺激的能力，同時應當具有適當的傳感范圍和較高的靈敏度。近年來，許多研究小組基于壓力傳感器研制了一系列人造智能皮膚。但是，由于不具有拉伸性能和缺少橫向拉伸傳感的性能，大大限制了這些人造智能皮膚的應用范圍。

除了人類皮膚之外，對于一些動物或昆蟲，它們的皮膚有時還具有一些特殊的功能。例如，一些頭足類動物可以通過它們皮膚的色素細胞和表面結構來改變皮膚的發光強度或者表面的顏色，從而進行交流和偽裝。近年來，一些研究小組基于新型的力致發光或力致發光變色材料研制了一系列自驅動器件。這些器件能夠通過改變發光的強度或者顏色來響應外部的機械力刺激。但是，這些器件往往需要較大的應力來產生力致發光或力致發光變色。并且當被用于機械力傳感時，這些器件也不具有較好的可逆性和穩定性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本公開提供了一種可拉伸摩擦電光智能皮膚、機械手及機器人。所述可拉伸摩擦電光智能皮膚具有較好的靈敏度、可逆性和穩定性，通過耦合可調光致發光和摩擦納米發電機，可以利用光信號傳感橫向拉伸應變，同時還可以通過電信號來傳感縱向壓力；并且，這兩種傳感特性可以是同時和獨立的，實現了多維度的機械力傳感。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種摩擦電光智能皮膚，包括：彈性體；光致發光顆粒，分散在所述彈性體中；以及光柵，具有微裂紋結構，其嵌入在所述彈性體中并覆蓋所述光致發光顆粒；其中，在橫向拉力的作用下，所述光柵的微裂紋寬度變化從而改變所述摩擦電光智能皮膚的光致發光強度。

在一些實施例中，所述光致發光顆粒為熒光顆粒和/或磷光顆粒，均勻分散在所述彈性體中，形成熒光彈性體和/或磷光彈性體；在橫向拉力的作用下，所述光柵的微裂紋寬度變化使所述熒光彈性體和/或磷光彈性體裸露的面積改變，從而改變所述摩擦電光智能皮膚的光致發光強度。

在一些實施例中，所述的摩擦電光智能皮膚，還包括：可拉伸電極，嵌入在所述彈性體中，在縱向應力作用下，通過接觸起電產生的電信號以傳感縱向接觸壓力，從而實現多維度機械力的同步傳感。

在一些實施例中，所述彈性體的材質為硅膠、PDMF。

在一些實施例中，所述光柵為仿生人體皮膚褶皺的具有微裂紋結構的脆性金屬薄膜。

在一些實施例中，所述光柵的材質為金、銀或銅。

在一些實施例中，所述金屬薄膜利用磁控濺射沉積形成，薄膜厚度為100nm～200nm。

在一些實施例中，所述光致發光顆粒為bis(4-phenothiazine phenyl)sulfone、四苯乙烯或四苯乙烯衍生物。

在一些實施例中，所述摩擦電光智能皮膚的厚度為2mm～3mm。