[發明專利]一種融合功能電刺激的感知增強裝置設計及其實現方法

在審

• 申請號: 201910255052.6
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109939347A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 董文濤;程宵;姚道金
• 申請（專利權）人: 華東交通大學;程宵
• 主分類號: A61N1/00
• 分類號: A61N1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種融合功能電刺激的感知增強裝置，包括電刺激模塊，感知模塊，電觸覺模塊、電生理電極模塊、溫度模塊等，均集成在同一可拉伸彈性基板上。在外加電刺激作用下，產生可控的電觸覺和溫度信息，用于刺激人體的生理健康，支持人體康復與增強運動能力，通知融合功能電刺激的感知增強裝置中的感知功能模塊分別記錄人體的電生理、溫度和應變等信息，增強人體的感知能力，有助于人體康復與增強運動能力。本發明還提供一種外加電刺激下感知增強裝置實現方法，為人們提供長時間、穩定的可控電刺激，為機器狀態反饋到人體提供了一舒適的交互接口。

技術領域

本發明涉及柔性電子制造與生機電一體化領域，特別涉及種融合外加功能電刺激的增強感知裝置及其實現方法。

背景技術

柔性電子感知器件與功能電刺激裝置在生機電一體化領域得到了廣泛應用，在人體微弱的生物電的感知應用中，可拉伸電子器件的感知能力受限，有待融合外加功能電刺激，增強各個部位生理活動能力和肌肉活性，提高人體動作的執行能力的時序，增強人體的康復訓練和感知能力。

融合功能電刺激的感知增強裝飾是一類重要的人機接口裝置，在外加電場作用下，產生刺激信號作用于肌肉，實現對患者的康復治療，感知模塊記錄到相應的信息。楊瑞嘉、苗盛巍等發明了一種功能性電刺激裝置，刺激電流作用于肌肉，通過設定人體各個肢體部位動作的時序，模擬正常人運動的肌肉動作，實現對患者的康復治療（楊瑞嘉，苗盛巍，徐賢彪，一種功能性電刺激裝置及其方法: CN201220627712.2.）。邱爽等發明公開了一種功能性電刺激的精密控制方法，屬于利用電脈沖刺激幫助殘疾人康復的器械技術領域（邱爽，明東， 徐瑞，一種功能性電刺激的精密控制方法: CN201110131379.6）。但是目前的技術主要集中功能電刺激裝置與柔性電子感知裝置的分開研究，特別缺乏融合功能電刺激器件的柔性感知裝置的產品，解決量化誤差大、易于受到外界干擾、一致性等難題。

融合功能電刺激器件的柔性電子感知裝置作為一種可嵌入或覆蓋人體的高精尖裝置，在不影響人體舒適度的情況下產生電觸覺、聲、光、溫度等刺激信息，為融合功能電刺激器件的柔性電子感知裝置在可控電刺激和感知方面提供了一種可行方案，增強了人體的感知能力，提高人體動作執行能力，有助于人體康復訓練。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的第一目的在于面向殘疾人提供一種融合外加功能電刺激的感知增強裝置，包括基于同心共軸電容陣列的電觸覺模塊、基于加熱線圈的溫度刺激模塊和基于網狀金屬電極的電生理反饋模塊、基于薄膜應變片的皮膚應變感知模塊、基于金屬薄膜的熱敏電阻的溫度感知模塊，當前刺激與感知功能模塊均集成到同一塊柔性基板上，在外加電場刺激作用下，刺激功能模塊增強人體皮膚活性，感知裝置記錄到人體完成不同任務需要的壓力。實現對人的感知增強功能，提出多功能集成的電刺激器件設計方法，實現對人體電刺激強度的量化評估與可控調節。

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的第二目的在于發明一種融合功能電刺激的感知增強實現方法。所設計的感知增強裝置在沒有外加電場作用同樣能夠記錄人體的溫度、皮膚應變和電生理等信號；所設計的感知增強裝置在外加電場作用下，電容觸覺刺激模塊和電阻絲溫度刺激模塊分別產生電觸覺和溫度信息刺激人體肌膚的活動，方便感知模塊記錄人體的生理信號，增強感知并記錄人體生理信號的幅值與強度，進一步研究外加電刺激強度與感知到信號強度之間的耦合關系，用于揭示外加電場與人體感知能力之間的關系，增強人體的感知能力和實現對人體感知的動態調節。

進一步地，所述外加電場刺激下的增強感知裝置實現流程與方法，包括以下步驟：

（1）面向典型應用場景（以上肢不方便的人群來抓取喝水杯為例），感知增強裝置貼合在手腕上；

（2）分別利用柔性排線與所設計裝置的電刺激引腳端口和生理感知信號端口相連；

（3）施加外加電壓并做作用于電刺激功能模塊中；