[发明专利]一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用

说明书

本发明属于柔性传感相关技术领域，其公开了一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用，所述柔性电子铠甲包括多个硬质片体、柔性连接体及功能器件，多个所述硬质片体通过所述柔性连接体连接成一个整体，使得所述柔性电子铠甲具有铠甲的保护功能；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上形成有功能电路；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上设置有功能器件，所述功能器件与对应的功能电路电性连接。所述柔性电子铠甲结合了电子皮肤柔性易变形、易共形的特性和生物铠甲的保护功能，且能够集成感知、发光、处理、控制等电学功能，对于软体机器人在极端环境中的应用具有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于柔性传感相关技术领域，更具体地，涉及一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用。

背景技术

相较于传统基于刚性材料和连接的机器人，新兴的柔性机器人技术不仅有助于简化机器人设计的算法和结构步骤，还赋予机器人可变形的能力，更适应于复杂环境中的应用。为增强柔性机器人对外界环境变化的感知能力，现有研究主要集中于电子皮肤的开发。电子皮肤是一种集成功能芯片和连接电路的柔性薄膜，类比于包裹在人体表面的皮肤，其包覆于机器人表面，具有良好的共形能力和一定的功能性，如实现环境压力、温度、湿度等的感知效果。为保证在复杂曲面上的共形粘附能力，现有的电子皮肤常采用弹性体作为基底材料，如硅橡胶、聚合物橡胶、水凝胶等。然而，在极端、多变的环境中，基于这些弹性材料的电子皮肤仅能提升机器人的感知能力等功能，但并不能对软体机器人起到保护作用，使其维持正常的作业能力。此外，在弹性体材料上制备复杂可拉伸的电路也具有一定的难度。

现阶段的科学研究和产品开发均主要聚焦于基于软材料的电子皮肤，应用对象以人体健康监测、人机交互、软体机器人等场景为主、涉及不可拉伸电子器件的解决方案，一般是采用岛-桥结构实现可拉伸设计。在另一方面，仿生铠甲的研究主要集中于实现物理防护性和力学灵活性的兼容，并不具备电学功能，也不具备其他领域的防护性。到目前为止，结合了电子皮肤优异的力学特性、丰富的电学功能性和仿生铠甲防护性的电子铠甲概念在学术文献及国内外专利中尚未被公开报道。

现阶段，将类似的生物铠甲应用于软体机器人的保护仍具有一些挑战。其一，硬质的铠甲材料和柔性的主体材料机械性能不匹配，限制了主体部分的变形和变体能力；其二，硬质材料的共形能力较差，不能适应复杂曲面的共形粘附要求。因此，研究并获得良好的共形能力、变形能力、保护能力以及传感功能的柔性电子铠甲具有重要的理论和实际工程意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用，所述柔性电子铠甲结合了电子皮肤柔性易变形、易共形的特性和生物铠甲的保护功能，且能够集成感知、发光、处理、控制等电学功能，对于软体机器人在极端环境中的应用具有十分重要的意义。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了具有保护功能的柔性电子铠甲，所述柔性电子铠甲包括多个硬质片体、柔性连接体及功能器件，多个所述硬质片体通过所述柔性连接体连接成一个整体，使得所述柔性电子铠甲具有铠甲的保护功能；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上形成有功能电路；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上设置有功能器件，所述功能器件与对应的功能电路电性连接。

进一步地，所述柔性连接体为柔性基底或者柔性节点。

进一步地，所述柔性连接体的材料包括基底材料及导电材料。

进一步地，所述硬质片体的材料为有机高分子聚合物、无机功能材料及耐高温材料中的一种或者几种。

进一步地，所述硬质片体的厚度为50微米～500微米；所述柔性连接体的厚度为50微米～500微米。

进一步地，所述功能器件包括传感器、发光器件、功能芯片、控制器、开关元件中的任一种或者多种。