[发明专利]一种基于人体表皮结构的电子皮肤及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于人体表皮结构的电子皮肤，由上至下依次包括上电极、介电层和下电极，其中，上电极的下表面与介电层的上表面均为褶皱面且相互吻合，介电层的下表面为平面与下电极的上表面接触。采用两层互锁的褶皱结构来模仿人体皮肤的工作形式，电极和介电层之间的褶皱接触，能够更好将摩檫力效果反映在介电层的接触面积变化上。因此该款电子皮肤对摩檫力的感知更加敏感。

技术领域

本发明涉及电子仿生材料技术领域，特别是涉及一种基于人体表皮结构的电子皮肤及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的进步人工智能、人机交互、健康监测和软机器人蓬勃发展。为了与人类、环境和其他机器人友好地互动与交流，这些人工智能机器，尤其是家庭服务机器人和假肢，需要重量轻、灵活和对触觉高度敏感的电子皮肤。

目前大多数电子皮肤采用力敏材料，检测的灵敏感应度相对较低，倘若压力小，传感器不会发生变形，从而无法感知碰触，即触碰信号的产生需基于一定力度。

力敏材料制成的电子皮肤需要受到垂直方向的力时感知触碰，但是在实际人机交互过程中，电子皮肤水平方向的摩擦力也是一类常见的接触方式，而力敏材料在摩擦力方面显示的灵敏度较低。

另外，触觉是重要的人体感知，皮肤作为人体感知器官，有着其独特的生理结构，其粗糙的表皮结构如指纹褶皱等，是为了更好的感知外界给与的触觉刺激。尤其是指纹结构可以让人更好的感受摩擦刺激。而现有的电子皮肤并没有模拟皮肤的真实结构，触感与真实人体皮肤有较大差距。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中电子皮肤在摩擦力方面灵敏度较低且触感与真实人体皮肤有较大差距的缺陷，而提供一种基于人体表皮结构的电子皮肤。

本发明的另一个目的，是提供上述电子皮肤的制备方法、

本发明的另一个目的，是提供上述电子皮肤的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于人体表皮结构的电子皮肤，由上至下依次包括上电极、介电层和下电极，其中，所述上电极的下表面与所述介电层的上表面均为褶皱面且相互吻合。

在上述技术方案中，所述介电层的下表面为平面，所述下电极的上下表面均为平面。

在上述技术方案中，所述上电极为带褶皱的PDMS薄膜，其褶皱面上喷涂有银纳米线；所述介电层为上表面为褶皱面的离子凝胶薄膜；所述下电极为经由紫外臭氧处理的PDMS薄膜，其上表面喷涂有银纳米线。

在上述技术方案中，所述上电极的制备方法为：包括以下步骤：

步骤1：将PDMS和其固化剂混合搅拌均匀得PDMS样品，所述PDMS样品滴涂在载玻片上并进行匀胶处理和干燥固化，成膜后撕下得PDMS薄膜；

步骤2：将步骤1所得PDMS薄膜拉伸固定后进行紫外臭氧处理，释放拉伸后得到带褶皱结构的PDMS薄膜；

步骤3：将银纳米线溶液喷涂在步骤2所得带褶皱结构的PDMS薄膜上，干燥形成上电极。

在上述技术方案中，所述介电层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将PDMS和其固化剂混合搅拌均匀得PDMS样品，所述PDMS样品滴涂在载玻片上并进行匀胶处理和干燥固化，成膜后撕下得PDMS薄膜；

步骤2：将步骤1所得PDMS薄膜拉伸固定后进行紫外臭氧处理，释放拉伸后得到带褶皱结构的PDMS薄膜；

步骤3：将离子液体和聚合物F加入丙酮中，混合搅拌得离子凝胶，所述离子凝胶滴涂在步骤2所得带褶皱结构的PDMS薄膜上并进行匀胶处理和干燥固化，成膜后撕下得离子凝胶薄膜，所述离子凝胶薄膜即为介电层。