[发明专利]一种具有刚性特性的可移植的仿生汗腺及智能机器人

说明书

本发明提供了一种具有刚性特性的可移植的仿生汗腺，包括散热端盖、蒸发端外壳、微热管和回流管路；所述散热端盖与蒸发端外壳连接；所述散热端盖中心设有进液腔，所述散热端盖内部分布若干微热管，任意所述微热管一端与进液腔连通；所述蒸发端外壳为刚性结构；所述蒸发端外壳内部设有与进液腔连通的散热管道，所述散热管道内填充多孔介质，所述散热管道内多孔介质形成的孔隙沿蒸发流向逐渐减小；所述多孔介质的间隙中填充蒸发液；所述微热管另一端与散热管道通过回流管路连通。本发明本身自发性散热特点能够保持散热的稳定性，其本身刚性结构，方便种植，可以植入需要散热的物体内部，同时对内部散热结构加以保护，具有较柔性结构更强的稳定性。

技术领域

本发明涉及生物仿真学领域或者人工皮肤领域，特别涉及一种具有刚性特性的可移植的仿生汗腺及智能机器人。

背景技术

人工皮肤(Artificial skin)主要有两大类，一种是合成皮肤(Synthetic skin)，一种是智能皮肤(Smart skin)。智能皮肤是人机交互和人工智能的重要研究领域，智能皮肤在医疗健康领域也有重要的作用。

现阶段，柔性传感器除电极外所有组件都是由柔性材料制造,由于皮肤的复杂性，很小的局部区域往往可以兼顾多种功能，尤其是实现感觉功能，感受冷、热、软、硬，所以近年来对电子皮肤的仿生思路是层叠皮肤，并在皮肤各层安装不同类型传感器。现有技术公开了一种复层式电子皮肤，第一层皮肤由第一水凝胶及多个第一传感器构成，第二层皮肤构成方式与第一层皮肤类似，且第一柔性半球状凸起压板的外部与第二层皮肤中的第二柔性半球状凸起压板的外部相互正对设置。上下层皮肤通过柔性半球状凸起压板相接触，接触面积很小，在受到外界刺激时，可以快速响应所以本方案提供的电子皮肤的灵敏度高。但是高温环境会影响电子元器件和设备的性能、使用寿命，传统的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法已经难以满足许多电子器件的散热要求。

Lee等利用纳米黏土和温敏水凝胶制作的仿生汗腺，不但实现了温度高时通过水蒸发冷却的功能，同时还实现了温度低时防止水蒸发的功能。但这种有着微表面结构的仿生汗腺仍然在稳定性、可植入、尤其是热传输效率方面仍存在缺陷。

康奈尔大学的Rob Shepherd及其研究团队研发了一种特殊材质的机器人手掌，该手掌能够以“分泌汗液”的方式，来控制机器内部的温度。但是这种以出汗为散热方式的仿生汗腺，本身具有一些缺陷，在汗液排出完成热交换的过程，会使外部壳体变得湿滑，降低人工汗腺应有的摩擦力，不利于抓握，可能会使手中的物体发生滑落，尽管更改上层的纹理可以在这方面有所缓解，但却会让表现变得褶皱。此外，目前这款机器人需要定期供水，以补充蒸发掉的水份。所以，以单纯排水出汗的散热方式因温度不同开口大小有变化而导致出水量大小不可控，所以散热的稳定性不可控。供水一次性排出，使用过程排出的水不可收集循环使用，还会改变外部手掌表面状态，使表面变得湿滑，不利于抓握的过程。

日本京都大学的研究人员在Kengoro机器人的冷却方式中，采用仿生汗腺的方式以开发更高效的冷却液输送系统。Kengoro内部配有铝制框架，框架上分布着类似海绵似的缝隙和通道。这些通道可将水传送到机器人全身，并通过蒸发的形式实现热交换，以铝框架为基础的冷却系统就像人类那样出汗。测试显示，这种出汗技术比传统冷却方式的效果好2倍。这种微表面结构是刚性结构，置于机器人内部，不利于机器人全身安装皮肤覆盖、蒸发液体散到空气，同样是不可收集循环使用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有刚性特性的可移植的仿生汗腺及智能机器人，本身自发性散热特点能够保持散热的稳定性，其本身刚性结构，方便种植，可以植入需要散热的物体内部，同时对内部散热结构加以保护，具有较柔性结构更强的稳定性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种具有刚性特性的可移植的仿生汗腺，包括散热端盖、蒸发端外壳、微热管和回流管路；