[發明專利]一種用于界面接觸狀態感知的智能粘附材料

在審

• 申請號: 202210459878.6
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114954716A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 邵金友;田洪淼;王鐸睿;李祥明;王春慧;陳小亮;陳小明;張晉瑜;張亞輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;B64G4/00;G01L1/22
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種用于界面接觸狀態感知的智能粘附材料，整體上為薄膜形式且分為上下兩層，上層是粘附單元，下層是傳感單元；粘附單元是仿壁虎蘑菇狀干粘附彈性體結構的陣列，單個仿壁虎蘑菇狀干粘附彈性體結構尺寸在微米級別；傳感單元由多孔材料及其內部設有的導電納米材料構成，導電納米材料形成導電網格，通過導電網格的電阻特性實現力學傳感功能，以實現粘附界面的接觸狀態監測；本發明結合柔性電子與仿生干粘附效應的拾取結構，能夠實現抓取和輸運過程中的界面實時監測，可廣泛用于智能機器人、太空抓取等技術領域。

技術領域

本發明屬于微納工程仿生技術領域，具體涉及一種用于界面接觸狀態感知的智能粘附材料。

背景技術

在目前仿生粘附材料研究中，大部分材料都停留在對壁虎腳掌表面結構進行局部仿生的階段，忽略了觸覺對壁虎攀爬和粘附的作用。實際上，由于這些仿生粘附材料缺少至關重要的傳感單元，粘附過程只能通過“機械預壓力”的形式實現，即通過預先的機械壓力使粘附材料與目標表面接觸，獲得粘附能力。這種單純依靠表面粘附結構和機械預壓力、無接觸狀態反饋的工作方式，無法實現對于一些應力敏感目標如易碎材料、非平整表面的穩定粘附，也難以對粘附系統接觸狀態和拾取結果進行有效監測和評估。

實際上，壁虎的腳掌由表面粘附結構和觸覺系統組成，爬行過程中觸覺系統實時感知力學信號和表面形貌信息，壁虎可以根據實時的腳掌-底面接觸狀態反應出正確而快速的步態控制，從而實現在不同表面的爬行。腳掌粘附結構與觸覺傳感系統的協同作用，是壁虎在多種形態表面具有優異粘附能力的關鍵因素，對于高性能仿生粘附材料開發具有重要的指導意義。因此，要提高仿生粘附材料的實際應用能力，需要改變以往單純依賴表面粘附結構的傳統思路，借鑒壁虎粘附的協同作用機制，探索“粘附-傳感”一體化智能仿生粘附材料的結構形式。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提出一種用于界面接觸狀態感知的智能粘附材料，能夠實現抓取和輸運過程中的界面實時監測。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種用于界面接觸狀態感知的智能粘附材料，整體上為薄膜形式且分為上下兩層，上層是粘附單元，下層是傳感單元；粘附單元是仿壁虎蘑菇狀干粘附彈性體結構1的陣列，單個仿壁虎蘑菇狀干粘附彈性體結構1尺寸在微米級別；傳感單元由多孔材料3及其內部設有的導電納米材料2構成，導電納米材料2形成導電網格，通過導電網格的電阻特性實現力學傳感功能，以實現粘附界面的接觸狀態監測。

所述的仿壁虎蘑菇狀干粘附彈性體結構1材料為硅橡膠或聚氨酯；導電納米材料2采用碳納米管；多孔材料3采用硅橡膠或聚氨酯。

所述的粘附單元和傳感單元利用光刻、旋涂、模塑、蘸取工藝實現了結構的準確可控制造。

物體表面4對多孔材料3施加壓力時，仿壁虎蘑菇狀干粘附彈性體結構1與物體表面4實現共型接觸，并產生變形；當多孔材料3受壓時，導電納米材料2形成的導電網格會相互擠壓接觸，沿厚度方向和長度方向上均形成更多的導電通路，電阻降低，通過監測該電阻特征信號實現界面壓力信號的識別。

物體表面4對多孔材料3施加拉力時，傳感單元中的導電網格也會隨之產生拉伸變形，厚度方向和長度方向上的導電通路均會減小，電阻增加，通過監測該電阻特征信號實現界面拉力信號的識別；導電納米材料2在拉伸作用下還會產生微裂紋結構，也會使得電阻增加，通過檢測該電阻信號同樣實現界面微小拉力作用的監測。

本發明的有益效果為：本發明一種用于界面接觸狀態感知的智能粘附材料，摒棄了以往單純局限于壁虎腳掌結構的仿生，從功能系統仿生出發，集成了粘附單元和傳感單元，可實現對粘附界面監測。制造工藝采用基于光刻、模塑、蘸取和旋涂等工藝手段，實現各層結構的準確可控制造。本發明的結合柔性電子與仿生干粘附效應的拾取結構可廣泛用于智能機器人、太空抓取等技術領域。

附圖說明

圖1為本發明智能粘附材料的二維示意圖。