CN109717840A - 仿生电子皮肤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生电子皮肤及其制备方法，仿生电子皮肤包括TPU薄膜层及信息采集层，所述信息采集层设置于所述TPU薄膜层内，包括信息采集电路及采集传感器，所述采集传感器电连接于所述信息采集电路，所述信息采集层用于采集一种或多种生理信息。通过使用TPU薄膜层，可以使得仿生电子皮肤与人体具有较好的亲和性，避免人体不适，同时，TPU薄膜层的柔韧性，可以使仿生电子皮肤能够跟随人体的形变，即使在人体运动过程中，也能保持生理信息采集的精确。
Description
技术领域
本发明涉及智能穿戴领域，特别是涉及一种仿生电子皮肤及其制备方法。
背景技术
当前社会往智能化的方向发展，传统的机械手表、手机等日用品依次被电子手表、智能手机等新兴产品替代。智能可穿戴产品被预期为未来的发展趋势，然而，现有的智能手表等可穿戴产品由于硬度较硬，仍然无法实现和人体较好的贴合，在进行生理信息采集时需要紧贴人体表面，给人体带来不舒适，采集的生理信息也因为贴合度的关系不够精确，因此，现有的智能穿戴产品的生理信息采集方式需要改进。
发明内容
基于此，有必要针对现有的智能穿戴产品的生理信息采集方式给人体带来不适，并且采集的生理信息不够精确的问题，提供一种仿生电子皮肤及其制备方法。
本发明第一方面提供一种仿生电子皮肤，包括TPU薄膜层及信息采集层，所述信息采集层设置于所述TPU薄膜层内，包括信息采集电路及采集传感器，所述采集传感器电连接于所述信息采集电路，所述信息采集层用于采集一种或多种生理信息。
在其中一个实施例中，所述TPU薄膜层包括第一TPU热熔胶膜层和第二TPU热融胶膜层，且所述第一TPU热熔胶膜层与所述第二TPU热融胶膜层粘合固定，所述信息采集层设置于所述第一TPU热熔胶膜层和所述第二TPU热融胶膜层之间。
在其中一个实施例中，所述第一TPU热熔胶膜层和所述第二TPU热融胶膜层粘合固定后的厚度小于所述第一TPU热熔胶膜层和所述第二TPU热融胶膜层的厚度之和。
在其中一个实施例中，所述信息采集层的长度及宽度中的至少一个对应小于所述TPU薄膜层的长度或宽度。
在其中一个实施例中，所述信息采集层包括电路薄膜层及金属箔带网，所述金属箔带网电连接于所述电路薄膜层，所述信息采集电路设置于所述电路薄膜层上，并通过所述金属箔带网与外接电源连接。
在其中一个实施例中，所述金属箔带网至少部分嵌入到所述电路薄膜层内。
上述仿生电子皮肤，通过使用TPU薄膜层，可以使得仿生电子皮肤与人体具有较好的亲和性，避免人体不适，同时，TPU薄膜层的柔韧性，可以使仿生电子皮肤能够跟随人体的形变，即使在人体运动过程中，也能保持生理信息采集的精确。
本发明第二方面提供一种仿生电子皮肤的制备方法，包括以下步骤：
S110：提供两条TPU热熔融胶薄膜，并将其中一条TPU热熔融胶薄膜固定；
S120：在固定好的TPU热熔融胶薄膜上，依次放置信息采集层及另一条TPU热熔融胶薄膜；
S130：在预设的温度及压力下，热压合层叠好的金属箔带网、电路薄膜层及两层TPU热熔融胶薄膜，形成预设厚度的仿生电子皮肤。
在其中一个实施例中，步骤S110中，TPU热熔融胶薄膜在固定后不是呈直线状，而具有至少一个弯折处，弯折处提供有支撑件。
在其中一个实施例中，TPU热熔融胶薄膜被固定后，首尾两端之间具有预设的张力。
在其中一个实施例中，在步骤S130中，设置两个压印轮，层叠好的金属箔带网、电路薄膜层及两层TPU热熔融胶薄膜从两个压印轮的中间穿过，在铺层好金属箔带网、电路薄膜层及两层TPU热熔融胶薄膜后，按照预设的条件对压印轮进行加热预设时间后，进一步减小两个压印轮之间的距离，以实现热压合。
上述仿生电子皮肤制备方法制备的方式电子皮肤，通过使用TPU薄膜层，可以使得仿生电子皮肤与人体具有较好的亲和性，避免人体不适，同时，TPU薄膜层的柔韧性，可以使仿生电子皮肤能够跟随人体的形变，即使在人体运动过程中，也能保持生理信息采集的精确。
附图说明
图1为本发明一实施例的仿生电子皮肤的俯视图；
图2为本发明一实施例的仿生电子皮肤的剖面结构示意图；
图3为本发明另一实施例的仿生电子皮肤的剖面结构示意图；
图4为本发明一实施例的仿生电子皮肤的制备方法的工艺流程图；
图5为本发明一实施例的仿生电子皮肤的制备方法的加工过程示意图；
图6为本发明另一实施例的仿生电子皮肤的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1和图2，示例性的示出了本发明一实施例的仿生电子皮肤10的结构示意图，仿生电子皮肤10质地柔软，能够与人体表层相贴合，与皮肤具有较好的亲和性，可以广泛应用于各种智能穿戴设备，能够较为方便的载入采集的生理信息，且不会给人体带来不适。
如图1和图2所示，仿生电子皮肤10可以包括TPU薄膜层110及信息采集层120，信息采集层120设置于TPU薄膜层110内，包括信息采集电路及采集传感器，采集传感器电连接于信息采集电路，信息采集层120用于采集一种或多种生理信息。例如，当采集传感器包括心率传感器时，可以通过监听脉搏，并经信息采集电路分析后得到心率，采集传感器还可以包括如血压传感器等其他传感器，只要能够在体表感知到人体生理状况，并完成信息采集即可。信息采集电路与采集传感器相适配，例如，当配置有心率传感器时，信息采集电路能够根据心率传感器采集的模拟信号或输出的数字信号，解析得到心率。信息采集电路可以是现有的与对应传感器相适配的电路。
TPU薄膜层110具有较好的延展性及柔韧性，因而，当仿生电子皮肤10贴附于人体表层时，即使人体产生动作，也可以保持和人体的贴合，并进行生理信息的采集，使得生理信息的采集不会受运动所中断，应用于多种智能穿戴设备中，可以很好的完成生理信息的采集。同时，TPU薄膜与人体皮肤具有较好的亲和性，加上TPU薄膜层110的厚度非常的薄，不会给人体带来不舒适感。例如，在具体的实施例中，TPU薄膜层110的厚度可以为0.03mm～0.05mm。在具体的应用中，仿生电子皮肤10可以应用于紧身衣上，可以使仿生电子皮肤10与人体保持紧密接触，在人运动过程中，TPU薄膜层110的柔韧性及延展性也能确保仿生电子皮肤10能够跟随紧身衣及人体的形变，使仿生电子皮肤10贴合尽可能的对应人体的同一部位，避免在运动前后采集部位的错位，提升生理信息采集的精度。
TPU薄膜层110可以包括第一TPU热熔胶膜层112和第二TPU热融胶膜层114，且第一TPU热熔胶膜层112与第二TPU热融胶膜层114粘合固定，信息采集层120设置于第一TPU热熔胶膜层112和第二TPU热融胶膜层114之间，当第一TPU热熔胶膜层112与第二TPU热融胶膜层114粘合固定时，信息采集层120被固定，在具体的实施例中，第一TPU热熔胶膜层112和第二TPU热融胶膜层114的厚度均为0.03mm。第一TPU热熔胶膜层112和第二TPU热融胶膜层114粘合固定后的厚度小于第一TPU热熔胶膜层112和第二TPU热融胶膜层114的厚度之和，例如，第一TPU热熔胶膜层112和第二TPU热融胶膜层114在热熔融状态下粘合固定后的厚度为0.05mm。
在一个或多个实施例中，信息采集层120的长度及宽度中的至少一个对应小于TPU薄膜层110的长度或宽度。例如，在具体的实施例中，信息采集层120的长度小于TPU薄膜层110的长度，且宽度小于TPU薄膜层110的宽度，由此，信息采集层120可以被TPU薄膜层110密封，可以对信息采集层120的电路起到保护作用。同时，TPU薄膜层110的宽度和长度中的至少一个大于信息采集层120的，可以使TPU薄膜层110较好的与人体保持贴合，同时便于仿生电子皮肤10的固定到可穿戴产品上。
信息采集层120可以包括电路薄膜层122及金属箔带网124，金属箔带网124电连接于电路薄膜层122，信息采集电路设置于电路薄膜层122上，并通过金属箔带网124与外接电源连接。在一个或多个实施例中，金属箔带网124至少部分嵌入到电路薄膜层122内，以提升电路的稳定性，同时降低整个仿生电子皮肤10的厚度。示例性的，金属箔带网124的厚度可以为0.05mm，电路薄膜层122的厚度也为0.05mm，而信息采集层120的厚度小于等于0.06mm，最终防水电子皮肤的厚度小于等于0.1mm。在具体的实施例中，电路薄膜层122可以采用石墨烯材质，在石墨烯底材上成型电路；金属箔带网124可以是紫铜箔带网，可以具有较好的导电性。
当电路薄膜层122为石墨烯材质时，电路薄膜层122还包括远红外发射电路，远红外发射线路通过石墨烯材质的电路薄膜层122向人体发出预设波长的远红外光。由此，可以实现轻微的保健效果。
请参阅图3，在一个或多个实施例中，仿生电子皮肤10还包括离型层130，离型层130设置于TPU薄膜层110的两侧中的至少一侧。例如，在具体的实施例中，可以在第一TPU热熔胶膜层112及第二TPU热融胶膜层114的相互背离的端面上设置离型层130，以避免TPU薄膜层110的表面被弄脏，起到一定的保护作用。
上述仿生电子皮肤10，通过使用TPU薄膜层110，可以使得仿生电子皮肤10与人体具有较好的亲和性，避免人体不适，同时，TPU薄膜层110的柔韧性，可以使仿生电子皮肤10能够跟随人体的形变，即使在人体运动过程中，也能保持生理信息采集的精确。
请参阅图4，本发明一实施例还提供一种仿生电子皮肤的制备方法，仿生电子皮肤的制备方法可以制备上述任一实施例所述的方式电子皮肤，具体可以包括以下步骤：
S110：提供两条TPU热熔融胶薄膜，并将其中一条TPU热熔融胶薄膜固定；
仿生电子皮肤的TPU薄膜层可以由两条TPU热熔融胶薄膜粘合固定形成，在成型时，需要首先固定其中一条，以作为基底，随后在该基底上进行成型，形成最终的仿生电子皮肤。例如，可以将第一TPU热熔胶膜层112作为基底首先固定。
例如，请参阅图5，在具体的实施例中，可以提供两个滚轮，并将其中一条TPU热熔融胶薄膜的两端分别固定在两个滚轮上，从而完成TPU热熔融胶薄膜的固定。可以理解，为了便于后续在TPU热熔融胶薄膜上的成型操作，作为基底的TPU热熔融胶薄膜被固定后，首尾两端之间可以具有预设的张力，以使得TPU热熔融胶薄膜保持平整，同时可以避免在后续成型过程中TPU热熔融胶薄膜产生褶皱而影响产品良率。例如，可以分别为两个滚轮中的至少一个配置驱动件，且使其中一个滚轮作为主动轮，另一个作为从动轮，将TPU热熔融胶薄膜固定在滚轮上后，通过使驱动件工作，能够将TPU热熔融胶薄膜拉紧，并拉成具有一定张力的平面状。
在一个或多个实施例中，TPU热熔融胶薄膜在固定后不是呈直线状，而具有至少一个弯折处，弯折处提供有支撑件20，由此，可以提升TPU热熔融胶薄膜的中间段的张力，避免长度过长时在中间段产生形变或褶皱。弯折处的支撑件20可以是滚轮，当主动轮转动时，带动从动轮及弯折处的滚轮一起转动。弯折处的滚轮也可以配置有驱动件，以驱动弯折处的滚轮转动，可以增强对TPU热熔融胶薄膜的中间段的整形作用。
S120：在固定好的TPU热熔融胶薄膜上，依次放置信息采集层及另一条TPU热熔融胶薄膜；
例如，在将作为基底的TPU热熔融胶薄膜固定好后，将信息采集层放置于TPU热熔融胶薄膜上，再将另一条TPU热熔融胶薄膜覆盖在信息采集层上。具体的，信息采集层及另一条TPU热熔融胶薄膜与作为基底的TPU热熔融胶薄膜的尾部可以固定在同一处，以实现信息采集层及两条TPU热熔融胶薄膜的同步移动。
信息采集层可以包括金属箔带网124及电路薄膜层122，依次将电路薄膜层122及金属箔带网124放置于作为基底的TPU热熔融胶薄膜上即可。
金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜的首部可以分别固定在不同的滚轮上，例如，当长度足够时，将金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜的首部分别卷在不同的滚轮上，然后将尾部固定在同一滚轮上，并以尾部的滚轮为主动轮，首部的滚轮尾从动轮，以带动金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜的移动。
S130：在预设的温度及压力下，热压合层叠好的金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜，形成预设厚度的仿生电子皮肤。
例如，可以在靠近尾部滚轮处设置两个压印轮30，层叠好的金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜从两个压印轮30的中间穿过，在铺层好金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜后，先调节两个压印轮30之间的间隙，随后，按照预设的条件对压印轮30进行加热预设时间后，进一步减小两个压印轮30之间的距离，TPU热熔融胶薄膜受热后，在热熔融状态下具有粘性及可塑性，相互粘合固定，从而将金属箔带网124、电路薄膜层122密封在两层TPU热熔融胶薄膜之间。
在具体的实施例中，热压合过程中，作用于TPU热熔融胶薄膜两侧的导热体(如压印轮30)的表面温度为120℃～250℃，导热体从两侧作用于TPU热熔融胶薄膜两侧的作用力，每平方厘米承受的作用力约为3kg～10kg的物体的重力。由此，可以使金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜充分压合，并使金属箔带网124嵌入到电路薄膜层122内，形成的仿生电子皮肤的厚度小于0.1mm。
请参阅图6，在一个或多个实施例中，还可以包括步骤：
S140：在两层TPU热熔融胶薄膜两侧分别形成离型层。
例如，当金属箔带网124、电路薄膜层122及两层TPU热熔融胶薄膜被热压合后，TPU热熔融胶薄膜仍具有余温，并具有粘性，可以在压印轮30与尾部滚轮之间再设置一对压合轮40，压合后的电子皮肤从压合轮40之间穿过，并分别从压合后的仿生电子皮肤两侧提供离型纸，离型纸穿过压合轮40后，在压合轮40的作用下，粘在仿生电子皮肤的两侧。为了便于离型层的分离，也可以将压合后的电子皮肤经过冷却区50后，再与离型纸压合固定。冷却区50可以配置于压印轮30与压合轮40之间，也可以配置在压合轮40之后。
上述仿生电子皮肤制备方法制备的方式电子皮肤，通过使用TPU薄膜层，可以使得仿生电子皮肤与人体具有较好的亲和性，避免人体不适，同时，TPU薄膜层的柔韧性，可以使仿生电子皮肤能够跟随人体的形变，即使在人体运动过程中，也能保持生理信息采集的精确。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种仿生电子皮肤，其特征在于，包括TPU薄膜层及信息采集层，所述信息采集层设置于所述TPU薄膜层内，包括信息采集电路及采集传感器，所述采集传感器电连接于所述信息采集电路，所述信息采集层用于采集一种或多种生理信息。
2.根据权利要求1所述的仿生电子皮肤，其特征在于，所述TPU薄膜层包括第一TPU热熔胶膜层和第二TPU热融胶膜层，且所述第一TPU热熔胶膜层与所述第二TPU热融胶膜层粘合固定，所述信息采集层设置于所述第一TPU热熔胶膜层和所述第二TPU热融胶膜层之间。
3.根据权利要求2所述的仿生电子皮肤，其特征在于，所述第一TPU热熔胶膜层和所述第二TPU热融胶膜层粘合固定后的厚度小于所述第一TPU热熔胶膜层和所述第二TPU热融胶膜层的厚度之和。
4.根据权利要求2所述的仿生电子皮肤，其特征在于，所述信息采集层的长度及宽度中的至少一个对应小于所述TPU薄膜层的长度或宽度。
5.根据权利要求1所述的仿生电子皮肤，其特征在于，所述信息采集层包括电路薄膜层及金属箔带网，所述金属箔带网电连接于所述电路薄膜层，所述信息采集电路设置于所述电路薄膜层上，并通过所述金属箔带网与外接电源连接。
6.根据权利要求5所述的仿生电子皮肤，其特征在于，所述金属箔带网至少部分嵌入到所述电路薄膜层内。
7.一种仿生电子皮肤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S110：提供两条TPU热熔融胶薄膜，并将其中一条TPU热熔融胶薄膜固定；
S120：在固定好的TPU热熔融胶薄膜上，依次放置信息采集层及另一条TPU热熔融胶薄膜；
S130：在预设的温度及压力下，热压合层叠好的金属箔带网、电路薄膜层及两层TPU热熔融胶薄膜，形成预设厚度的仿生电子皮肤。
8.根据权利要求7所述的仿生电子皮肤的制备方法，其特征在于，步骤S110中，TPU热熔融胶薄膜在固定后不是呈直线状，而具有至少一个弯折处，弯折处提供有支撑件。
9.根据权利要求7或8所述的仿生电子皮肤的制备方法，其特征在于，TPU热熔融胶薄膜被固定后，首尾两端之间具有预设的张力。
10.根据权利要求7所述的仿生电子皮肤的制备方法，其特征在于，在步骤S130中，设置两个压印轮，层叠好的金属箔带网、电路薄膜层及两层TPU热熔融胶薄膜从两个压印轮的中间穿过，在铺层好金属箔带网、电路薄膜层及两层TPU热熔融胶薄膜后，按照预设的条件对压印轮进行加热预设时间后，进一步减小两个压印轮之间的距离，以实现热压合。
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