[发明专利]用于曲面的触觉传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种触觉传感器及其制备方法，更具体地涉及一种用于曲面的触觉传感器及其制备方法，其中，分别在具有优异的弯曲特性和高回复力的上层膜和下层膜上形成金属层和电阻层，并且该上层膜和下层膜彼此垂直地接合，从而增强柔韧性以适用于具有多维曲率和较小曲率半径的物体。

背景技术

近来，通过接触获得关于周围环境信息的触觉功能，例如，接触力、振动、表面粗糙度、热传导率对温度的变化等等，已经被用于高级信息采集。能够代替触觉感知的仿生触觉传感器可以用于血管的显微手术、各种医学诊断(例如，癌症的诊断)和治疗。此外，仿生触觉传感器可以用于在未来的虚拟环境技术中很重要的触觉显示技术。

作为仿生触觉传感器而开发的传感器包括使用在工业机器人的手腕上的具有六个自由度的力矩传感器，和能够感测接触压力和瞬间滑动的用于机器人的抓取的传感器。这些传感器的尺寸比较大，因而存在例如响应性低的问题。

使用制造微电子机械系统(MEMS)的技术证实了开发触觉传感器的可能。但是，由于是使用硅晶片等来开发传感器，因此传感器不具备柔韧性。

图1 7表示了常规的触觉传感器的一个例子，该传感器由日本东京大学的Takao Someya及其同事于2005年开发。

在这个例子中，常规的触觉传感器是通过在单层膜上进行冲压工艺而制造的，从而实现了柔韧性和一定程度上的延展性。

但是，通过冲压工艺制造的常规的触觉传感器不能使柔韧性最大化，这是因为是对单层膜进行冲压来获得柔韧性。因此，可以将这种常规的触觉传感器用于具有大曲率半径的球形物体。但是，由于缺乏像人类皮肤一样的柔软性，很难将其用于仿人机器人(humanoid robot)的手指或很小的球。

发明内容

因此，本发明是鉴于以上问题而做出的。本发明的一个目的在于提供一种用于曲面的触觉传感器及其制备方法，其中，分别在具有优异的弯曲特性和高回复力的上层聚合物膜层和下层聚合物膜层上形成多个金属层和电阻，并且使用柔韧的聚合物材料将该上层膜和下层膜彼此接合使得聚合物膜的信号线彼此交叉垂直，并且电阻在各个交叉点彼此连接，从而增强柔韧性以适用于具有曲面的物体。

此外，本发明的另一个目的是提供一种用于曲面的触觉传感器及其制备方法，其中，大量的在上层膜和下层膜中形成的信号线为波浪形图案，然后将上层膜和下层膜接合，从而增强在X、Y和对角方向上(即，在所有方向上)的延展-压缩变形，以适用于具有小曲率半径的物体。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于曲面的触觉传感器，该触觉传感器包括：下层图案，该下层图案包括在下层方向上以一定间隔排布的多个下层聚合物膜层、排布在该下层聚合物膜层上的下层金属层、以及排布在该下层金属层上的多个下层电阻；上层图案，该上层图案包括在垂直于下层方向的方向上以一定间隔排布的多个上层聚合物膜层、排布在该上层聚合物膜层上的上层金属层、以及排布在该上层金属层下面的多个上层电阻，以与下层电阻电连接；以及下层聚合物层和上层聚合物层，该下层聚合物层和上层聚合物层将所述下层图案和所述上层图案彼此接合。

所述下层图案和所述上层图案可以被制成波浪形。

所述下层金属层和所述上层金属层可以由常规的金属材料形成。此外，可以通过电镀工艺或使用电子束或溅射装置进行沉积。

所述下层电阻和上层电阻可以由选自如下组中的一种形成：压敏油墨、镍铬合金(Ni-Cr)、碳黑和碳纳米管。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制备用于曲面的触觉传感器的方法，该方法包括：在下层聚合物膜层上沉积下层金属层；蚀刻所述下层金属层和所述下层聚合物膜层以形成在某个方向上以一定间隔排布的多个下层金属层和下层聚合物膜层；在以一定间隔排布的所述下层金属层上形成多个下层电阻，以形成下层图案；在上层聚合物膜层上沉积上层金属层；蚀刻所述上层金属层和所述上层聚合物膜层以形成在某个方向上以一定间隔排布的多个上层金属层和上层聚合物膜层；在以一定间隔排布的所述上层金属层上形成多个上层电阻，以形成上层图案；以及将所述下层图案和所述上层图案彼此接合，以使所述下层金属层和所述上层金属层彼此垂直地交叉，并且所述下层电阻和所述上层电阻在各个交叉点处彼此电连接。