CN112577644A - 基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤，柔性好、表面压力大小和具体位置感知灵敏准确。本发明的仿生皮肤，包括片状柔性弹性体(2)和多个液体芯有机压电材料球(1)；多个液体芯有机压电材料球(1)成平面阵列排布于柔性弹性体(2)内。液体芯有机压电材料球(1)包括底板(101)、壳体(103)和外壳膜(105)；壳体(103)的开口端与底板(101)密封连接，外壳膜(105)套装在壳体(103)外，其开口端也与底板(101)密封连接；在壳体(103)与底板(101)之间充满内层导电液体(102)，在外壳膜(105)与壳体(103)之间充满外层导电液体(104)。
Description
技术领域
本发明属于仿生皮肤技术领域，特别是一种基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤。
背景技术
仿生皮肤是指具有类似于人体皮肤结构和功能的智能高分子软物质材料及结构，用于机器人等领域，代替人体皮肤，感知外界的应力、应变、温度、湿度等的感知和同步分辨。还可以实现对于环境刺激的同步感知、反馈和响应驱动行为模拟更加复杂的生物智能。
目前，仿生皮肤如中国发明专利“一种仿生皮肤、护具与仿生机器人”(申请号：2018101587463，公开日：2018.10.09)所述，其中仿生皮肤包括感应层，感应层拥有收集外部信息。
上述仿生皮肤中的感应层，集成了多种传感器，但是，未公开具体的实施方案。仿生皮肤在结构上，应该具有人体皮肤的柔性，还应该具有可以少量拉伸、压缩、弯曲、扭曲等功能，且能够感知外界的应力、应变、温度、湿度等参数。而上述中国发明专利“一种仿生皮肤、护具与仿生机器人”，由于技术原因，其中感应层的多种传感器，很难集成到柔性仿生皮肤中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤，柔性好、表面压力大小和具体位置感知灵敏准确。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤，包括片状柔性弹性体2和多个液体芯有机压电材料球1；所述多个液体芯有机压电材料球1成平面阵列排布于柔性弹性体2内。
优选地，
所述液体芯有机压电材料球1包括底板101、柔性有机压电材料壳体103和柔性弹性外壳膜105；所述柔性有机压电材料壳体103和柔性弹性外壳膜105均呈半球壳状，所述柔性有机压电材料壳体103的开口端与底板101密封连接，所述柔性弹性外壳膜105套装在柔性有机压电材料壳体103外，其开口端也与底板101密封连接；在所述柔性有机压电材料壳体103与底板101之间充满内层导电液体102，在所述柔性弹性外壳膜105与柔性有机压电材料壳体103之间充满外层导电液体104。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
本发明完全模仿人体皮肤的结构和功能，制备出的仿生皮肤具有很好的柔性，能够感知表面压力的大小和具体位置；可以用于机器人领域，用作机器人的表面皮肤，也可以人机交互领域。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤的结构示意图。
图2是图1中液体芯有机压电材料球体的结构详图。
图中，1液体芯有机压电材料球，2柔性弹性体，
101底板，102内层导电液体，103柔性有机压电材料壳体，104外层导电液体，105柔性弹性外壳膜，106外层电极引线，107内层电极引线。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤，包括片状柔性弹性体2和多个液体芯有机压电材料球1；所述多个液体芯有机压电材料球1成平面阵列排布于柔性弹性体2内。
本发明将多个液体芯有机压电材料球体排列成阵列，密封埋入一片柔性弹性体薄层中。
当仿生皮肤表面受到压力作用时，压力通过柔性弹性体2，作用到液体芯有机压电材料球体1上，使之产生变形。由于压电效应，在有机压电材料层的内外表面上将产生电荷。根据电荷的大小，可以计算出表面压力的大小和位置。
优选地，如图2所示，
所述液体芯有机压电材料球1包括底板101、柔性有机压电材料壳体103和柔性弹性外壳膜105；
所述柔性有机压电材料壳体103和柔性弹性外壳膜105均呈半球壳状，所述柔性有机压电材料壳体103的开口端与底板101密封连接，所述柔性弹性外壳膜105套装在柔性有机压电材料壳体103外，其开口端也与底板101密封连接；
在所述柔性有机压电材料壳体103与底板101之间充满内层导电液体102，在所述柔性弹性外壳膜105与柔性有机压电材料壳体103之间充满外层导电液体104。
如图2所示，还包括一端与外层导电液体104电连接的外层电极引线106和一端与内层导电液体102电连接的内层电极引线107。
优选地，
所述柔性弹性体2采用硅橡胶及其聚合物。
所述内层导电液体102为含有氯化钠、炭黑、银导电离子的水溶液；
所述外层导电液体104为含有氯化钠、炭黑、银导电离子的水溶液。
所述柔性有机压电材料壳体103采用聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯聚合物；
所述柔性弹性外壳膜105采用塑料。
当整个球体受到外力作用，产生变形时，由于压电效应，在2层导电液体中将产生电荷；有电荷的大小，可以计算出外力的大小。
具体计算过程：
当仿生皮肤表面受到压力后，在压力点附近的多个液体芯有机压电材料球体都会有传感信号输出。由于位置不同，多个液体芯有机压电材料球体到压力点的距离也不同，其输出信号的大小和时间也不同。根据多个多个液体芯有机压电材料球体输出信号的最大值和时间，可以计算出仿生皮肤表面压力的大小和位置。
本传感器完全模仿人体皮肤的结构和功能，制备出的仿生皮肤具有很好的柔性，能够感知表面压力的大小和具体位置；可以用于机器人领域，用作机器人的表面皮肤，也可以人机交互领域。
Claims (6)
1.一种基于液体芯仿生细胞的仿生皮肤，其特征在于：
包括片状柔性弹性体(2)和多个液体芯有机压电材料球(1)；
所述多个液体芯有机压电材料球(1)成平面阵列排布于柔性弹性体(2)内。
2.根据权利要求1所述的仿生皮肤，其特征在于：
所述液体芯有机压电材料球(1)包括底板(101)、柔性有机压电材料壳体(103)和柔性弹性外壳膜(105)；
所述柔性有机压电材料壳体(103)和柔性弹性外壳膜(105)均呈半球壳状，所述柔性有机压电材料壳体(103)的开口端与底板(101)密封连接，所述柔性弹性外壳膜(105)套装在柔性有机压电材料壳体(103)外，其开口端也与底板(101)密封连接；
在所述柔性有机压电材料壳体(103)与底板(101)之间充满内层导电液体(102)，在所述柔性弹性外壳膜(105)与柔性有机压电材料壳体(103)之间充满外层导电液体(104)。
3.根据权利要求2所述的仿生皮肤，其特征在于：
还包括一端与外层导电液体(104)电连接的外层电极引线(106)和一端与内层导电液体(102)电连接的内层电极引线(107)。
4.根据权利要求1至3之一所述的仿生皮肤，其特征在于：
所述柔性弹性体(2)采用硅橡胶及其聚合物。
5.根据权利要求2或3之一所述的仿生皮肤，其特征在于：
所述内层导电液体(102)为含有氯化钠、炭黑、银导电离子的水溶液；
所述外层导电液体(104)为含有氯化钠、炭黑、银导电离子的水溶液。
6.根据权利要求2或3之一所述的仿生皮肤，其特征在于：
所述柔性有机压电材料壳体(103)采用聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯聚合物；
所述柔性弹性外壳膜(105)采用塑料。
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