[發(fā)明專利]一種仿生汗腺及仿生皮膚

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111069897.X
• 申請(qǐng)日: 2021-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113939148B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳思;黃欽;楊傳壯;屈健;茹偉民;喬筱祺;荊騰;陳晨;賀佳鈺;徐憶柳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): F28D15/02
• 分類號(hào): F28D15/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種仿生汗腺及仿生皮膚，包括外殼和多孔介質(zhì)；所述外殼內(nèi)部設(shè)有散熱管道，所述散熱管道內(nèi)填充多孔介質(zhì)，所述散熱管道內(nèi)多孔介質(zhì)形成的孔隙沿蒸發(fā)流向逐漸減小；所述多孔介質(zhì)的間隙中填充蒸發(fā)液；所述外殼為透水結(jié)構(gòu)，用于從環(huán)境中吸取蒸發(fā)液；所述外殼頂部設(shè)有若干與散熱管道連通的通孔，用于向外界排放蒸發(fā)液。本發(fā)明能夠適應(yīng)電子皮膚等柔性材料在使用過(guò)程中材料表面產(chǎn)生的拉伸，剪切的力的作用效果，相比較已有的依靠單相流體的對(duì)流換熱方法和強(qiáng)制風(fēng)冷方法的硬件型熱交換方法，本發(fā)明裝置本身的柔性特征的熱交換方法有更好的適應(yīng)性和更多的應(yīng)用場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物仿真學(xué)領(lǐng)域或者人工皮膚領(lǐng)域，特別涉及一種仿生汗腺及仿生皮膚。

背景技術(shù)

人工皮膚(Artificial?skin)主要有兩大類，一種是合成皮膚(Synthetic?skin)，一種是智能皮膚(Smart?skin)。智能皮膚是人機(jī)交互和人工智能的重要研究領(lǐng)域，智能皮膚在醫(yī)療健康領(lǐng)域也有重要的作用。

現(xiàn)階段，柔性傳感器除電極外所有組件都是由柔性材料制造,由于皮膚的復(fù)雜性，很小的局部區(qū)域往往可以兼顧多種功能，尤其是實(shí)現(xiàn)感覺(jué)功能，感受冷、熱、軟、硬，所以近年來(lái)對(duì)電子皮膚的仿生思路是層疊皮膚，并在皮膚各層安裝不同類型傳感器。現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了一種復(fù)層式電子皮膚，第一層皮膚由第一水凝膠及多個(gè)第一傳感器構(gòu)成，第二層皮膚構(gòu)成方式與第一層皮膚類似，且第一柔性半球狀凸起壓板的外部與第二層皮膚中的第二柔性半球狀凸起壓板的外部相互正對(duì)設(shè)置。上下層皮膚通過(guò)柔性半球狀凸起壓板相接觸，接觸面積很小，在受到外界刺激時(shí)，可以快速響應(yīng)所以本方案提供的電子皮膚的靈敏度高。但是高溫環(huán)境會(huì)影響電子元器件和設(shè)備的性能、使用壽命，傳統(tǒng)的依靠單相流體的對(duì)流換熱方法和強(qiáng)制風(fēng)冷方法已經(jīng)難以滿足許多電子器件的散熱要求。

Lee等利用納米黏土和溫敏水凝膠制作的仿生汗腺，不但實(shí)現(xiàn)了溫度高時(shí)通過(guò)水蒸發(fā)冷卻的功能，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了溫度低時(shí)防止水蒸發(fā)的功能。但這種有著微表面結(jié)構(gòu)的仿生汗腺仍然在穩(wěn)定性、可植入、尤其是熱傳輸效率方面仍存在缺陷。

康奈爾大學(xué)的Rob?Shepherd及其研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種特殊材質(zhì)的機(jī)器人手掌，該手掌能夠以“分泌汗液”的方式，來(lái)控制機(jī)器內(nèi)部的溫度。但是這種以出汗為散熱方式的仿生汗腺，本身具有一些缺陷，在汗液排出完成熱交換的過(guò)程，會(huì)使外部殼體變得濕滑，降低人工汗腺應(yīng)有的摩擦力，不利于抓握，可能會(huì)使手中的物體發(fā)生滑落，盡管更改上層的紋理可以在這方面有所緩解，但卻會(huì)讓表現(xiàn)變得褶皺。此外，目前這款機(jī)器人需要定期供水，以補(bǔ)充蒸發(fā)掉的水份。所以，以單純排水出汗的散熱方式因溫度不同開(kāi)口大小有變化而導(dǎo)致出水量大小不可控，所以散熱的穩(wěn)定性不可控。供水一次性排出，使用過(guò)程排出的水不可收集循環(huán)使用，還會(huì)改變外部手掌表面狀態(tài)，使表面變得濕滑，不利于抓握的過(guò)程。

日本京都大學(xué)的研究人員在Kengoro機(jī)器人的冷卻方式中，采用仿生汗腺的方式以開(kāi)發(fā)更高效的冷卻液輸送系統(tǒng)。Kengoro內(nèi)部配有鋁制框架，框架上分布著類似海綿似的縫隙和通道。這些通道可將水傳送到機(jī)器人全身，并通過(guò)蒸發(fā)的形式實(shí)現(xiàn)熱交換，以鋁框架為基礎(chǔ)的冷卻系統(tǒng)就像人類那樣出汗。測(cè)試顯示，這種出汗技術(shù)比傳統(tǒng)冷卻方式的效果好2倍。這種微表面結(jié)構(gòu)是剛性結(jié)構(gòu)，置于機(jī)器人內(nèi)部，不利于機(jī)器人全身安裝皮膚覆蓋、蒸發(fā)液體散到空氣，同樣是不可收集循環(huán)使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種仿生汗腺及仿生皮膚，能夠適應(yīng)電子皮膚等柔性材料在使用過(guò)程中材料表面產(chǎn)生的拉伸，剪切的力的作用效果，相比較已有的依靠單相流體的對(duì)流換熱方法和強(qiáng)制風(fēng)冷方法的硬件型熱交換方法，本發(fā)明裝置本身的柔性特征的熱交換方法有更好的適應(yīng)性和更多的應(yīng)用場(chǎng)合。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種仿生汗腺，包括外殼和多孔介質(zhì)；