[發明專利]基于梯度復合一體化結構的寬線性響應范圍力觸覺傳感器

在審

• 申請號: 202210348121.X
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114720026A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 胡平安;王帥;張甲
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;C08J5/18;C08L83/04;B82Y15/00;B82Y40/00
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本發明提供了一種基于梯度復合一體化結構的寬線性響應范圍的力觸覺傳感器及其制備方法。本發明傳感器由兩個柔性襯底/電極分別層壓至梯度復合一體化結構復合導電薄膜的上、下方構成。該傳感器通過接觸電阻響應機制增強導電通路響應機制的方式有效解決了目前觸覺傳感器無法在大響應范圍內保持高靈敏度和線性的問題，實現了寬響應范圍、高靈敏度及線性觸覺傳感器的制備。該傳感器的發明將有效解決現階段智能機器人無法實現多場景精準感知及電路復雜的問題，為實現輕型化、便利化人工智能設備提供有利條件。

技術領域

本發明涉及一種基于梯度復合一體化結構的寬線性響應范圍力觸覺傳感器，屬于觸覺傳感技術領域。

背景技術

近年來，隨著科學技術的迅速發展，人工智能和物聯網相關研究成為了世界研究的焦點，各國學者希望人工智能設備(機器人、假肢)具備和人體一樣的感知能力(視覺、聽覺、觸覺)并開展了一系列研究，其中視覺和聽覺通過現有傳感技術和算法結合取得了實質性突破，這些技術可以使人工智能具備類人體的視覺和聽覺。但觸覺感知一直進展緩慢，沒有得到有效突破，因此賦予人工智能設備人體皮膚觸覺感知成為了急需突破的關鍵技術。

觸覺感知的賦予可以使機器人、假肢等人工智能設備在多場景下精準快速的抓取目標物體。而高性能的觸覺傳感器是實現智能觸覺感知最重要的技術方式，是機器人、假肢等人工智能設備完成智能精準抓取和識別物體必不可少的關鍵部件。高性能觸覺傳感器需要滿足線性、大響應范圍、高靈敏度及快響應時間特性，高靈敏度標志著觸覺傳感器能夠精準識別物體，快響應時間說明觸覺傳感器能夠快速響應抓取，大響應范圍可以使觸覺傳感器在不同場景下應用，線性可以有效避免觸覺傳感器復雜的信號處理電路。為了實現高性能觸覺傳感器的制備，研究者們開展了一系列研究，他們通過引入微結構的方式，降低傳感材料的彈性模量，有效的提高了靈敏度和響應時間，但只局限于小響應范圍并呈現出非線性的趨勢，這一問題的存在將大大限制觸覺傳感器在人工智能領域的應用。

上述分析認為，現階段無法有效實現在大響應范圍內保持線性、高靈敏度觸覺傳感器的制備，這一問題的存在會很大程度上降低觸覺傳感器在機器人、假肢等人工智能設備應用中感知外界環境和人機交互的精準度和場景利用率，會使機器人、假肢等人工智能設備的傳感設備和信號處理電路復雜化。針對這一問題，我們通過設計梯度復合一體化結構和制備梯度復合一體化結構復合導電薄膜，實現了線性、高靈敏度、大響應范圍及快響應時間觸覺傳感器的制備。這一觸覺傳感器的制備將大大簡化機器人、假肢等人工智能的傳感設備，為人工智能設備的輕型化制備提供有利條件。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于梯度復合一體化結構的寬線性響應范圍力觸覺傳感器的方法，提供一種適用于人工智能設備在不同場景下可以快速精準感知外界環境刺激的新型結構線性觸覺傳感器。

本發明一是提供一種基于梯度孔復合一體化結構的在大響應范圍內保持線性和高靈敏度的新型觸覺傳感器，包括柔性襯底/電極、傳感材料梯度復合一體化結構導電復合薄膜、封裝層。

本發明二是提供了一種賦予人工智能設備在多場景下快速精準感知外界刺激信息傳感器件的制備方法。

本發明三是提供了一種有效降低后期信號處理電路復雜程度的線性觸覺傳感器。

為了實現本發明的目的，實行了以下技術方案：

一種基于梯度復合一體化結構的寬線性響應范圍力觸覺傳感器的方法的制備方法，由柔性襯底/電極、傳感材料梯度復合一體化結構導電復合薄膜及封裝層組成。

進一步的，傳感材料梯度復合一體化結構導電復合薄膜由梯度復合一體化結構聚合物薄膜和導電材料構成。

進一步的，梯度復合一體化結構聚合物薄膜通過蒸汽法和模板轉印法制備，厚度為400-500μm，所述的聚合物材料為聚二甲基硅氧烷PDMS。