[实用新型]一种新型多功能柔性触觉传感器

说明书

本发明提出一种新型多功能柔性传感器，属于柔性触觉传感器领域。为精细量化受力，提高传感器的阵列密度，传感器设计为16个检测单元，呈4×4阵列排布。为提高传感器灵敏度，采用具有微纳结构的CNT/PDMS纳米复合材料作为介电层。传感器采用电容型结构，通过感知电容变化检测受力变化；传感器采用PEDOT:PSS‑CNT薄膜电极来实现温度的测量，通过检测输出电阻值变化检测温度变化，并且在薄膜电极接入电路后对压力传感器可以起到屏蔽外部场强的作用；传感器上极板A和上极板B作为被测电极，通过在电极两端施加正弦交流电压来获取组织的接触阻抗信息。该触觉传感器兼备压力温度阻抗多物理量检测功能，这在生物医学研究和人机交互界面等方面具有巨大的应用潜力及发展前景。

技术领域

本发明属于柔性触觉传感器领域，具体涉及一种新型多功能柔性触觉传感器。

背景技术

近年来，随着人工智能的迅速发展，越来越多的类人型机器人被应用到日常生活和医疗护理环境中。为了保证机器人在和周围环境接触时能够做出合理的反应并且确保机器人工作时不对周围环境或接触物体造成破坏，这就需要机器人配备感知触觉信息的能力。以轻微压力检测为主的触觉传感器作为机器人与外界交互的媒介，是获取外界环境信息的重要途径。目前，高阵列密度、高灵敏度，高灵活性、低功耗的柔性触觉传感器的开发是电子领域新兴的技术目标。与此同时，为了实现对外界的多维感知，人们已经不再局限于对单一物理量的检测，同时实现多物理量的检测在健康诊断中是非常需要的。同时兼备温度与压力测量的柔性温度压力传感器已经成为当今触觉传感器的研究热点。当温度传感器和压力传感器集成在同一衬底上时，为了保证两者测量结果均比较准确，需要考虑到温度传感器和压力传感器之间的耦合问题。与此同时，在医学领域，实时的获取接触组织的阻抗信息的同样显得尤为重要，可以在实际手术操作过程中帮助医生分辨不同的组织，有利于手术的顺利进行。

发明内容

（一）要解决的问题

本公开提供了一种新型多功能柔性触觉传感器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

（二）技术方案

本发明基于MEMS工艺、丝网印刷工艺、飞秒加工工艺制备出同时兼备压力温度阻抗多物理量检测的触觉传感器，这在生物医学研究和人机交互界面等方面具有巨大的应用潜力以及诱人的发展前景。

本发明提出一种新型多功能柔性触觉传感器，该触觉传感器采用4×4阵列的方式来提高器件的感知密度，基于上极板与下极板间的电容值来获得单元受力信息；基于PEDOT:PSS-CNT薄膜电极来实现温度的测量，通过检测输出电阻值的大小确定待测温度值，并且在薄膜电极接入电路后对压力传感器可以起到屏蔽外部场强的作用；上极板A和上极板B作为被测电极，并在电极两端施加正弦交流电压来获取组织的接触阻抗信息。

本发明设计一种新型多功能柔性触觉传感器，器件整体采用层压式的结构分布，触觉传感器自上而下分别为：上极板电极A 1、上极板电极B 2、上极板3、介电层4、下极板电极5、下极板6、衬底7、薄膜电极8。

在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器，其特征在于，高密度柔性触觉传感器由16个感知点组成，呈4×4阵列排布，每一感知点由两个压力传感器及一个温度传感器构成。

在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器的上极板3、下极板6和衬底7采用耐高温PET，下极板电极5采用金属Cu，上极板电极采用金属材料，介电层采用具有微纳结构的CNT/PDMS纳米复合材料，薄膜电极采用PEDOT：PSS-CNT复合材料。

在一些实施例中，所述的新型多功能柔性触觉传感器的单元受力信息的获取是基于电容器的原理，通过使用CNT/PDMS复合材料的方式来提高传感器的电介质的介电特性，同时采取飞秒激光微结构化处理的方式来提高介电层的可压缩性，进而提高的传感器灵敏度。