[实用新型]一种双电层电容式柔性触觉传感器

说明书

本实用新型为一种双电层电容式柔性触觉传感器，该传感器为阵列式传感器，包括上电极层、下电极层及设置在上下电极层之间的离子纤维层，所述离子纤维层为离子凝胶包覆的微纤维膜，离子纤维层的上下表面分别紧贴上电极层的下表面、下电极层的上表面。该传感器采用阵列双电层原理，在保证柔性的同时可实现电容单元的高密度阵列，进而获得更高的分辨率与信噪比。

技术领域

本实用新型涉及阵列式传感器技术领域，具体涉及一种双电层电容式柔性触觉传感器，可用于人机交互的压力触觉感知。

背景技术

柔性传感器的触觉感知对人机交互的安全性、准确性和鲁棒性至关重要，而人工智能的交互式机器人要求在操作时能够快速准确地感知受力情况，对柔韧性、低成本和与大面积处理技术的兼容性等有着特殊的要求，并且需要达到可伸缩、可折叠，能够适应结构实时变化的传感要求。

传统的压力传感器具有僵硬、不能折叠等特点，不适合柔性场合的测量；而近年来发展迅速的压力传感器虽然在一定程度上解决了柔性问题但加工复杂，不能大面积应用；如专利CN 105738011A中公开了一种柔性触觉传感器，该传感器虽然具有稳定性好、灵敏度高、静动态信号检测能力的特点，但是其通过液压力的方式进行压力传导，内部压力均匀分布，却不能有较高的分辨率，同时，其加工工艺复杂，不能大批量大面积加工，且传感器有较大的厚度，不轻便，不易折叠。

近年来双电层电容式传感器也有了一定研究成果。Baoqing Nie^[1]等提出一种离子微滴阵列，由纳米微滴夹在两种带有图案的透明电极的聚合物膜之间，形成具有单位面积电容的双电层，在外加载荷作用下，膜的变形导致了高弹性垂向电极接触处的周向膨胀，实现超高机械灵敏度和精细的压力分辨率。但是这种方法需要制作一系列完全一样的离子微滴，对加工精度要求很高，加工难度较大。

Xiaofeng Yang^[2]等提出了一种微流体超级电容压力传感器，包含一个填充有离子液体的滤纸，顶部和底部分别为涂有两层氧化铟锡聚对苯二甲酸乙二醇酯(ITO-PET)薄膜，施加压力时，顶部ITO-PET膜变形引起之间的电容改变。其传感器在没有外力施加的时候，其上层电极与中间层不接触，在施加外力时，上电极层与中间层接触，应用经典的薄膜弯曲理论，利用的是上电极的弯曲。这种方法需要严格控制上电极与中间层的距离，对加工的要求较高。且这种方法使用的是液体物质，不易封装，易泄露，而且不能做到大面积处理。

因此提供具有柔性化、高分辨率、低成本和与大面积处理技术兼容的柔性压力传感器，成为现有技术中亟待解决的问题。

[1]Nie,Baoqing,et al.Iontronic microdroplet array for flexibleultrasensitive tactile sensing.Lab on a Chip 14.6(2014):1107-1116.

[2]Yang,Xiaofeng,Yishou Wang,and Xinlin Qing.A Flexible CapacitivePressure Sensor Based on Ionic Liquid.Sensors 18.7(2018):2395.

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种双电层电容式柔性触觉传感器。该传感器采用阵列双电层原理，在保证柔性的同时可实现电容单元的高密度阵列，进而获得更高的分辨率与信噪比。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，

一种双电层电容式柔性触觉传感器，其特征在于，该传感器为阵列式传感器，包括上电极层、下电极层及设置在上下电极层之间的离子纤维层，所述离子纤维层为离子凝胶包覆的微纤维膜，离子纤维层的上下表面分别紧贴上电极层的下表面、下电极层的上表面。