集成触觉感知和可视化受伤报警的双模电子皮肤

摘要

仿生电子皮肤在人造假肢和智能机器人等领域一直受到很大的关注。生物皮肤不仅具有强大的触觉感知功能，还具有疼痛反馈功能。而传统的触觉传感器大多只基于单一的响应模式，在压力增加时其灵敏度急剧下降，因此其高灵敏度的传感区间仅限于很窄的压力范围，对具有伤害性的高压力响应很弱。 为了解决这个问题，本文受警报水母在遭受伤害时迸发强光现象的启发，开发了一种双模传感电子皮肤。该电子皮肤集成电学和光学两种模式来量化和映射静态和动态压力，能够模仿生物皮肤中机械感受器和伤害感受器的功能，实现了对大范围压力水平的可靠感知。加上具备拉伸性和机械稳定性等属性，有望在人工智能和医疗中得到广泛的应用。 本文的主要内容和意义如下： (1)首次引入液氮辅助转移法，成功制作了基于银纳米线的可拉伸透明电极。银纳米线网络在弹性体表面十分稳固，这种复合电极同时具有低电阻和高透光率，可承受较大的弯曲和拉伸变形。相比于其他可拉伸电极，具备制作简单、稳定性好等优势。 (2)创新性制作了一个三明治结构的电子皮肤，其集成了电容传感和电致发光两种模式。由于两者具备互补的高灵敏传感范围，电子皮肤具备很宽的压力检测范围，还具备低的检测限、快的响应速率和优良的稳定性。尤其是高压力下的发光特性，赋予电子皮肤“光学报警”的功能，显示了在人机交互中的应用潜力。 (3)结合激光刻蚀法和液氮辅助转移法制作了图案式的可拉伸电极，进而制作了6×6像素阵列的双模电子皮肤。这样一个大面积可拉伸电子皮肤，同时实现了电容寻址功能和可视化映射功能，在智能机器人、人造假肢等领域具有潜在应用价值。

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