[发明专利]一种柔性自愈合多模态传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性自愈合多模态传感器及其制备方法，包括安装于机械手背面关节处的柔性自愈合压阻层与安装于机械手指尖内侧位置的柔性自愈合压电层，所述柔性自愈合压阻层包括H‑PDMS底层，所述H‑PDMS底层的上侧设置有液态金属电极层，所述液态金属电极层的两个开口端连接有导电铜箔，所述液态金属电极层与所述H‑PDMS底层的上侧覆盖有H‑PDMS封装层，分别制备自愈合柔性压阻层以及自愈合柔性压电层，将二者组合使传感器能够同时检测到静态信号以及动态信号，且具有自愈合能力，延长传感器使用寿命，将柔性自愈合压阻层佩戴在机械手背面关节处以及将柔性自愈合压电层佩戴在机械手指尖处的方式，实现传感器在物体检测中的应用。

技术领域

本发明涉及柔性传感领域，具体涉及一种柔性自愈合多模态传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人机交互技术、智能硬件、智能机器人的重大发展，触觉传感器研究也受到了广发关注，柔性触觉传感器也在这样的背景下运用到了数字信号处理、传感器信息融合与机器人等各方面。柔性触觉传感器常用的方法是将触觉信息转换为电信号，按照不同的工作方式分类，主要分为压阻式、电容式、压电式等几种类型。柔性触觉传感器具有体积小，灵敏度高，环境适应能力强等特点，弥补了视觉传感器、光电传感器等在恶劣的环境下工作效率低的问题。在机器人技术日益成熟发展的背景下，机器人能否拥有如人类一般的触觉感知能力已经成为机器人智能化的评判标准之一。

压阻传感器是能够感受压力信号，并且将压力信号转换为可用于进行处理的电信号的传感器。而压电传感器是能将接触信号转换为可供处理的电信号的传感器。

通常情况下，压阻传感器被认为能够有效地检测静态力，但对动态力检测的灵敏度较低。与压阻传感器特性相反，压电传感器对动态力能够起到较好的检测效果，但是无法检测到静态信号。对于物体的检测而言，其实是一个动静结合的过程，需要有静态数据也需要有动态数据，所以仅凭单一的传感器采集的数据很难实现对物体的准确检测。且常见的刚性传感器在使用过程中容易出现不同程度的磕碰损坏，随着使用时间的推移，传感器的精度也将下降，据此，本发明提出一种能够自愈合的多模态传感器以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种柔性自愈合多模态传感器及其制备方法，分别制备自愈合柔性压阻层以及自愈合柔性压电层，将二者组合使传感器能够同时检测到静态信号以及动态信号，且具有自愈合能力，延长传感器使用寿命。

技术方案

一种柔性自愈合多模态传感器，包括安装于机械手背面关节处的柔性自愈合压阻层与安装于机械手指尖内侧位置的柔性自愈合压电层，所述柔性自愈合压阻层包括H-PDMS底层，所述H-PDMS底层的上侧设置有液态金属电极层，所述液态金属电极层的两个开口端连接有导电铜箔，所述液态金属电极层与所述H-PDMS底层的上侧覆盖有H-PDMS封装层，所述H-PDMS封装层与所述H-PDMS底层,发生自愈合形成封装，所述柔性自愈合压电层包括掺杂PZT颗粒的H-PDMS的压电薄膜层，所述压电薄膜层的上下两侧表面设置有金电极层。

进一步的，所述液态金属电极层通过将液态金属制备成液态金属油墨并涂抹在H-PDMS底层而制成。

一种柔性自愈合多模态传感器的制备方法，包括如下步骤：

1)称量10g的PDMS-NH2和0.7g的Et3N加入100ml的乙酸乙酯中，在冰水浴中充分混合1h后加入0.21g的4,4’-methylenebis(cyclohexyl isocyanate)和0.27g的isophoronediisocyanate，在氮气氛围的冰水浴中充分混合1h后，恢复至室温，并继续反应四天，反应结束后，得到H-PDMS溶液，将溶液倒入PTEF模具中固化成型，制备出固化后的H-PDMS薄膜；

2)在50ml所述H-PDMS溶液中加入5g液态金属，用细胞粉碎机在500W的功率下粉碎30min，再经过离心，取下方沉淀物得到液态金属油墨；