[發(fā)明專利]一種柔性三維力傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110339251.2
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113125065B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鳳霞;吳志勇;黃婷;孫立寧
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: G01L5/165
• 分類號: G01L5/165;A61B34/00;A61B34/30;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 蘇州見山知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32421
• 代理人: 袁麗花

本公開涉及一種柔性三維力傳感器及其制造方法，其中，所述柔性三維力傳感器，包括：自上而下設(shè)置的凸起受力層、第一微結(jié)構(gòu)單元和第二微結(jié)構(gòu)單元，所述第一微結(jié)構(gòu)單元包括第一柔性襯底、第一電極層和第一微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)單元包括第二電極層、第二微結(jié)構(gòu)和第二柔性襯底，所述第一微結(jié)構(gòu)與所述第二微結(jié)構(gòu)分別包括正面和背面，所述第一微結(jié)構(gòu)的正面與所述第二微結(jié)構(gòu)的正面相對設(shè)置。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性三維壓力傳感器。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)的手術(shù)中，觸覺在廣泛的診斷中扮演著重要的角色。醫(yī)生通過觸覺產(chǎn)生力量和觸覺反饋，這為識別病變組織或者器官提供了重要信息，病變組織或者器官與周圍的組織或器官相比具有不同的硬度。因此，在傳統(tǒng)的手術(shù)中，醫(yī)生可以直接觸診組織或器官來定位并識別是否存在病變。

近年來，隨著醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，機器人微創(chuàng)手術(shù)已經(jīng)越來越多的被應(yīng)用到臨床。相比于傳統(tǒng)的外科手術(shù)，機器人微創(chuàng)手術(shù)是用小切口進(jìn)行的，傷口愈合所需的時間、傷口引起的疼痛和其他感染風(fēng)險都被降至最低，具有手術(shù)精度高、術(shù)后疼痛少、住院恢復(fù)時間短、瘢痕少、降低整體醫(yī)療費用等顯著優(yōu)點。力感知在機器人微創(chuàng)手術(shù)是一個很重要的技術(shù)指標(biāo)，但由于機器人微創(chuàng)手術(shù)本身缺乏觸覺，當(dāng)前，醫(yī)生只能通過相機視覺信息來預(yù)估位置，仍然不能獲得微創(chuàng)手術(shù)機器人的力反饋，無法通過觸碰來識別組織或器官的病變程度，這降低了醫(yī)生在手術(shù)過程中的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種面向機器人微創(chuàng)手術(shù)觸手的新型柔性三維力傳感器及其制備方法，以針對性解決現(xiàn)有的機器人微創(chuàng)手術(shù)中觸手力檢測方面的不足，更好的輔助臨床醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)以及機器人微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)的建立。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明可以采用如下技術(shù)方案：

一種柔性三維力傳感器，其包括：自上而下設(shè)置的凸起受力層、第一微結(jié)構(gòu)單元和第二微結(jié)構(gòu)單元，所述第一微結(jié)構(gòu)單元包括第一柔性襯底、第一電極層和第一微結(jié)構(gòu)，所述第二微結(jié)構(gòu)單元包括第二電極層、第二微結(jié)構(gòu)和第二柔性襯底，所述第一微結(jié)構(gòu)與所述第二微結(jié)構(gòu)分別包括正面和背面，所述第一微結(jié)構(gòu)的正面與所述第二微結(jié)構(gòu)的正面相對設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述第一電極層印刷設(shè)置于所述第一柔性襯底的表面，帶有所述第一電極層的所述第一柔性襯底通過鍵合設(shè)置于所述第一微結(jié)構(gòu)的背面，所述第一電極層設(shè)置于所述第一微結(jié)構(gòu)與所述第一柔性襯底之間；所述第二柔性襯底通過鍵合設(shè)置于所述第二微結(jié)構(gòu)的背面，所述第二電極層濺射設(shè)置于所述第二微結(jié)構(gòu)的正面。

進(jìn)一步的，所述第一微結(jié)構(gòu)的正面與所述第二微結(jié)構(gòu)的正面以正交的形式相對設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述第一微結(jié)構(gòu)和第二微結(jié)構(gòu)均為三棱錐微結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述第一電極層包括若干個通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)，以導(dǎo)電油墨為印刷材料，印刷而成的絲網(wǎng)印刷電極。

進(jìn)一步的，第二電極層包括濺射于所述第二微結(jié)構(gòu)正面的鉻和金。

進(jìn)一步的，所述第一柔性襯底和所述第二柔性襯底的材料均包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，所述第一微結(jié)構(gòu)和第二微結(jié)構(gòu)的材料均包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

進(jìn)一步的，所述凸起受力層的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

進(jìn)一步的，所述柔性三維力傳感器是通過具有生物兼容性的材料制成的。

進(jìn)一步的，所述柔性三維力傳感器包括復(fù)合介電層，所述第一微結(jié)構(gòu)單元和位于所述第一微結(jié)構(gòu)單元與所述第二微結(jié)構(gòu)單元之間的空氣形成所述復(fù)合介電層。

本發(fā)明還可采用如下技術(shù)方案：

一種制備柔性三維力傳感器的方法，其包括如下步驟：

在微結(jié)構(gòu)模具上旋涂聚二甲基硅氧烷(PDMS)以形成第一微結(jié)構(gòu)；