[发明专利]一种触觉传感器、制备方法及包括触觉传感器的智能设备

说明书

本发明涉及一种触觉传感器及其制备方法和智能设备，触觉传感器包括凸起层、聚合物薄膜层、第一柔性电极层及第二柔性电极层，凸起层包括薄膜本体及形成在薄膜本体的一侧上的呈阵列排布的多个凸起，聚合物薄膜层设置在多个所述凸起的远离薄膜本体的一端上，第一柔性电极层设置在聚合物薄膜层的远离凸起的一侧上，第二柔性电极层设置在薄膜本体的远离凸起层的一侧上，其中，凸起层的材料为柔性材料，第一柔性电极层和第二柔性电极层的材料包括碳纳米管和聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸。上述触觉传感器的精度较高、感测范围较大且灵敏度较高，在医疗机器人、可穿戴健康等力感知、触觉感知方面有较大应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种柔性触觉传感器，特别是面向于医疗机器人等应用的触觉传感器及其制备方法和包括触觉传感器的智能设备。

背景技术

近些年来，随着医疗手术机器人领域的不断发展，机器人手的触觉感应的研究和开发收到越来越多的关注。柔性压力传感器是促进医疗装置精确力反馈系统和医疗手术机器人发展的必要装置，意味着对柔性传感器的精度、灵敏度、检测范围等参数的要求越来越高，特别是在工作环境中需要有较强的稳定性。随着柔性材料的发展，满足上述特点的柔性触觉传感器在此基础上应运而生，目前的柔性触觉传感器制备方法主要有以下几种：

(1)将三聚氰胺海绵切成直径为8mm，高10mm的圆柱形，然后将圆柱状的三聚氰胺海绵浸入PEDOT：PSS中溶液(通过将9.5g的PH1000PEDOT：PSS分散液，0.5g的DMSO和0.1g的4-十二烷基苯磺酸混合制备)15分钟。将过量溶液从样品中挤出后，在100℃的真空烘箱中干燥1h，以获得PEDOT:PSS@MS导电海绵。然后在PEDOT:PSS@导电海绵的两端添加铜/镍与铜线的胶带来制备压力传感器。此方法制备的柔性压阻式触觉传感器具有很高的柔韧性与防氧化能力。

(2)将石墨烯粉、5g PVDF(聚偏氟乙烯)粉末和100ml NMP(N-甲基吡咯烷酮)混合并超声处理5小时，得到最终均匀分散，然后将织物浸入PVDF/石墨烯/NMP分散液中(涂布过程)。完全浸透后，涂有PVDF/石墨烯/NMP的织物通过水箱进行相分离过程。之后，在60℃的环境下进行干燥。收集干燥的PVDF/石墨烯/织布供下次使用，最后将铝箔切成正方形。然后将两片箔纸放在处理好的织物的两侧，并用胶带密封，完成柔性压电式触觉传感器制备，该柔性传感器具有低功耗的优势，但是灵敏度较低。

(3)将Ecoflex的A与B以1:1的比例混合，然后将方糖模板立即将其浸入Ecoflex预聚物溶液中。将带有糖块的Ecoflex预聚物溶液在真空室内脱气，并在60℃的对流烘箱中固化1h。固化的Ecoflex糖块的糖部分用水溶解，然后在空气中干燥获得多孔结构的介电层。将CNT分散在异丙醇中，并喷涂在基板上。除去涂层掩膜后，将Ecoflex弹性体的预聚物溶液倒入图案化的CNT膜上。然后将Ecoflex预聚物溶液浸入有图案的CNT网络膜中以形成渗透结构。在烘箱中于60℃固化1小时后，将碳纳米管从基板上剥离下来，与多孔结构的介电层结合形成柔性压容式触觉传感器，该传感器具有高灵敏的特点，能够很好地探测外界压力的变化。

(4)使用光刻技术制备PDMS和硅橡胶基板。微流体通道的长度l，宽度w和高度h分别为15mm，500um和80um。经过两层表面处理和粘合，以Go(氧化石墨烯)纳米悬浮液作为传感器的工作流体的引入以及流体入口和出口的密封之后，完成了GO纳米悬浮液为基础的柔性微流体触觉传感器，该设备具有很高的灵活性，能够承受多种变形模式，并能够区分用户所承受的各种机械力，包括压力、拉伸和弯曲。

虽然上述传感器基本可以感测到外界施加的压力，但是却没有一种柔性触觉传感器能够同时兼具精度较高、感测范围较大且灵敏度较高的特性，使得其并不适用于医疗手术机器人。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种精度较高、感测范围较大且灵敏度较高的触觉传感器。

此外，还提供一种触觉传感器的制备方法和智能设备。