CN112606505A - 仿生皮肤及仿生皮肤的使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种仿生皮肤及仿生皮肤的使用方法，该仿生皮肤包括基体层及设置于所述基体层上的皮肤层，所述基体层被设置为施加影响手段而发生收缩，所述皮肤层在所述基体层发生收缩时与所述基体层分离并发生翘曲。该仿生皮肤能够使得仿生皮肤较为紧密地与人体皮肤贴合，同时保证线路连接的稳固。
Description
技术领域
本发明涉及柔性技术领域，尤其是一种仿生皮肤及仿生皮肤的使用方法。
背景技术
近年来，物联网、软体机器人、人工智能等新概念的提出，极大推动了具有仿生功能和智能的高分子软物质的发展。仿生皮肤大面积、多褶皱、多功能、高感知等特点，在机械、微电子、材料、物理化学等方向做出了丰富的研究。由于人体皮肤的特性，仿生皮肤需要有较好的可拉伸性能及良好的附着力。现有的仿生皮肤多是通过具有弹性的材料直接贴附于人体的皮肤上，在人体的运动过程中，仿生皮肤可能会由于人体的运动而发生变形，造成仿生皮肤内线路的断裂，同时在上述的方法中，仿生皮肤与人体的附着力也会较差，容易造成仿生皮肤的脱落。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种仿生皮肤及仿生皮肤的使用方法，该仿生皮肤能够使得仿生皮肤较为紧密地与人体皮肤贴合。
本发明提供了一种仿生皮肤，包括基体层及设置于所述基体层上的皮肤层，所述基体层被设置为施加影响手段而发生收缩，所述皮肤层在所述基体层发生收缩时与所述基体层分离并发生翘曲。
进一步地，所述基体层收缩的影响手段包括向设定区域施加热或紫外线的影响因素。
进一步地，所述基体层为施加影响手段而收缩的热致变材料、光敏材料或热-光致变材料。
进一步地，所述基体层为聚酰亚胺掺杂含偶氮苯或水凝胶掺杂纳米金属颗粒。
进一步地，所述水凝胶材料为聚乙烯醇，聚丙烯酸或聚丙烯酸酰胺中的一种或多种。
进一步地，所述皮肤层包括多条蜿蜒延伸的连接线路。
进一步地，所述连接线路为剪纸拓扑结构。
进一步地，所述连接线路包括沿第一方向蜿蜒延伸的第一连接线路及沿第二方向蜿蜒延伸的第二连接线路，所述第一连接线路及所述第二连接线路交叉设置。
进一步地，所述第一连接线路及所述第二连接线路均呈周期性蜿蜒延伸，所述第一连接线路及所述第二连接线路交叉形成多个重复的单元结构。
进一步地，在每一个单元结构中，所述第一连接线路及所述第二连接线路均呈S型布设。
进一步地，所述连接线路包括沿第一方向延伸的第一连接线路、沿第二方向延伸的第二连接线路及沿第三方向延伸的第三连接线路，所述第一连接线路、所述第二连接线路及所述第三连接线路均呈周期性蜿蜒延伸，在一个周期内，所述第一连接线路、所述第二连接线路及所述第三连接线路交汇于一点。
进一步地，一个连续的所述皮肤层上设置有多个相互独立的所述基体层。
本发明还提供了一种仿生皮肤的使用方法，包括如下步骤：
S1：提供上述的仿生皮肤；
S2：将所述仿生皮肤贴附于人体皮肤上，并使所述皮肤层与人体皮肤接触；
S3,：结合所述人体皮肤的纹路，对所述仿生皮肤施加影响手段，使与所述人体皮肤的纹路所在的区域对应的所述基体层收缩，所述人体皮肤的纹路区域对应的所述皮肤层相对于所述基体层发生翘曲，并进入所述人体皮肤的纹路内；
S4：去除所述基体层，以使所述皮肤层固定于所述皮肤上。
进一步地，在进行所述S3步骤前，其还包括对所述人体皮肤的纹路进行采集，以确定施加影响手段的具体位置。
进一步地，所述影响手段包括向设定区域施加影响因素，当所述基体层表现为施加影响因素的区域发生收缩时，在S3步骤中，对所述基体层上所述人体皮肤的纹路所在的区域施加影响因素；当所述基体层表现为未施加影响因素的区域发生收缩时，在S3步骤中，对所述基体层上所述人体皮肤的纹路以外的区域施加影响因素。
进一步地，该方法还包括，将多块所述皮肤层固定于所述人体皮肤上，然后将相邻的两块皮肤层内的连接线路进行连接。
综上所述，在本发明中，通过使基体层设置为施加影响手段而收缩，且在皮肤层中设置蜿蜒曲折延伸的连接线路。当仿生皮肤贴附于人体皮肤上时，对仿生皮肤施加影响手段，使得对应于人体皮肤的纹路区域的基体层发生收缩，继而能够将连接线路挤入皮肤纹路中，以完成皮肤层与人体皮肤的附着。由于皮肤层是进入人体皮肤的纹路内的，因此，皮肤层与人体皮肤之间具有较好的结合力，进一步地，由于连接线路是蜿蜒曲折延伸的，在人体运动时，其具有较好的伸缩性能，能够较好地防止因人体的运动而造成的连接线路的损坏，保证连接线路的可靠连接。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1所示为本发明第一实施例提供的仿生皮肤的截面结构示意图。
图2所示为图1中皮肤层的俯视结构示意图。
图3至图6所示为仿生皮肤的使用方法中各步骤的结构示意图。
图7至图8所示为本发明第二实施例提供的仿生皮肤的使用方法中各步骤的结构示意图。
图9所示为本发明第三实施例中皮肤层的俯视结构示意图。
图10所示为图9中皮肤层单元结构的结构示意图。
图11所示为本发明第四实施例中皮肤层的俯视结构示意图。
图12所示为本发明第五实施例中皮肤层的截面结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。
本发明提供了一种仿生皮肤及仿生皮肤的使用方法，该仿生皮肤能够使得仿生皮肤较为紧密地与人体皮肤贴合。
图1所示为本发明第一实施例提供的仿生皮肤的截面结构示意图，图2所示为图1中皮肤层的俯视结构示意图，图3至图6所示为仿生皮肤的使用方法中各步骤的结构示意图。本发明第一实施例提供的仿生皮肤的使用方法包括如下步骤：
S1：提供一仿生皮肤10，如图1及图2所示，该仿生皮肤10包括基体层11及设置于基体层11上的皮肤层12，该基体层11被设置为施加影响手段而发生收缩，皮肤层12在基体层11发生收缩时与基体层11分离并发生翘曲。更为具体地，该皮肤层12包括连接线路121，在基体层11发生收缩时，连接线路121与基体层11分离并发生翘曲。优选地，该皮肤层12包括多条蜿蜒曲折延伸的连接线路121。进一步地，连接线路121可以为剪纸拓扑结构。
在本实施例中，基体层11收缩的影响手段包括但不限于向设定区域施加热或紫外线等影响因素。当该基体层11被施加上述影响手段时，基体层11会进行收缩。优选地，上述基体层11可以由热致变材料、光敏材料或光-热质变材料等致变材料而得到。如水凝胶掺杂纳米金属颗粒，由于水凝胶的存在，皮肤层12可以直接通过物理贴合的方式贴附于基体层11上。通过水凝胶与致变材料的掺杂，一方面能够保证基体层11在施加影响手段后较为容易地进行收缩，另一方面，由于水凝胶自身具有粘性，保证仿生皮肤10与人体皮肤贴合后，基体层11与皮肤层12之间，以及基体层11与人体皮肤之间具有适宜的结合力。
进一步地，水凝胶材料可以包括但不限于聚乙烯醇，聚丙烯酸或聚丙烯酸酰胺等中的一种或多种。热致变材料包括但不限于金、银、铂或铜等中的一种或多种。光敏材料包括但不限于有偶氮末结构的聚酞亚胺，萘或偶联分子三唑二酮等中的一种或多种。基体层11的厚度可以为1mm-1cm。该连接线路121可以由金、银、铂等贵金属，石墨烯、碳纳米管等碳基化合物，液态金属EGaIn，镁合金AZ31等金属合金中的一种或多种形成，其厚度为1μm至100μm。
S2：将仿生皮肤10贴附于人体皮肤20上，并使皮肤层12与人体皮肤20接触。
S3：结合人体皮肤20的纹路21，对仿生皮肤10施加影响手段，使与人体皮肤20的纹路21所在的区域对应的基体层11收缩，人体皮肤20的纹路21处的皮肤层12相对于基体层11发生翘曲，并进入人体皮肤20的纹路21内。
在S3步骤前，还需要事先对人体皮肤20的纹路21进行采集，以确定施加影响手段的具体位置，该步骤可以实现对人体皮肤20进行拍照，并分析人体皮肤20中纹路21的位置。
在进行影响手段施加时，可以根据基体层11施加影响手段后的实际情况确定影响手段的施加区域及施加时间。如图4所示，当基体层11表现为施加影响手段的区域进行收缩时，如基体层11为水凝胶掺杂金属纳米颗粒等热致变材料时。此时，在对仿生皮肤10施加影响手段时，需要对人体皮肤20的纹路21所在区域进行施加影响手段，如采用激光共焦的方法使基体层11发热。由于基体层11在人体皮肤20的纹路21区域收缩，而皮肤层12却不会发生变化，此时，在人体皮肤20的纹路21区域，皮肤层12上的连接线路121受到挤压而与基体层11分离，且连接线路121在纹路21区域受到应力的影响而进入人体皮肤20的纹路21内，以实现皮肤层12与人体皮肤20的结合。
在该步骤中，激光共焦所采用的光波范围为365nm-633nm，聚焦空间为1fL-10fL。
S4：去除基体层11，以使皮肤层12固定于人体皮肤20上。
在本实施例中，为了使基体层11与皮肤层12能够在施加影响手段的情况下较好地进行分离，每块仿生皮肤10的半径可以为5mm-10cm。在进行较大面积的贴附时，可以先将多块皮肤层12贴附于人体皮肤20上，然后再使相邻的两块皮肤层12内连接线路121进行连接。
在本实施例中，通过使基体层11设置为施加影响手段而收缩，且在基体层11收缩时，皮肤层12与基体层11分离并发生翘曲。当仿生皮肤10贴附于人体皮肤20上时，对仿生皮肤10施加影响手段，使得对应于人体皮肤20的纹路21区域的基体层11发生收缩，继而能够将连接线路121挤入皮肤纹路21中，以完成皮肤层12与人体皮肤20的附着。由于皮肤层12是进入人体皮肤20的纹路21内的，因此，仿生皮肤10与人体皮肤20之间具有较好的结合力。进一步地，通过将连接线路121设置为蜿蜒曲折延伸的，在人体运动时，其具有较好的伸缩性能，能够较好地防止因人体的运动而造成的连接线路121的损坏，保证连接线路121的可靠连接。
图7至图8所示为本发明第二实施例提供的仿生皮肤10使用方法中各步骤的结构示意图。如图7至图8所示，本发明第二实施例提供的仿生皮肤10使用方法与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，基体层11的性能可以表现为在施加影响手段的区域，如紫外线照射区域材料基本不发生变化，而在未施加影响手段的区域，如紫外线未照射的区域，材料会收缩。如基体层11可以为聚酰亚胺掺杂含偶氮苯的光致变材料。也即在本实施例中，对人体皮肤20的纹路21以外的区域施加紫外线照射，而对应为人体皮肤20的纹路21的区域不施加紫外线照射，此时，人体皮肤20的纹路21区域对应的基体层11发生收缩，皮肤层12与基体层11分离，蜿蜒曲折的连接线路121进入人体皮肤20的纹路21中。也即，在本发明中，基体层11被设置为施加影响手段而发生收缩的含义为，在施加影响手段后，基体层11从整体上表现为收缩，而非一定在施加影响手段的区域内表现为收缩。
图9所示为本发明第三实施例中皮肤层12的俯视结构示意图，图10所示为图9中皮肤层12单元结构的结构示意图。如图9及图10所示，本发明第三实施例提供的仿生皮肤10与上述实施例基本相同，其不同之处在于，在连接线路121中，其包括多条沿第一方向延伸的第一连接线路1211及沿第二方向延伸的第二连接线路1212，第一连接线路1211及第二连接线路1212交叉设置。
在本实施例中，由于第一连接线路1211及第二连接线路1212交叉设置，当基体层11发生收缩时，第一连接线路1211及第二连接线路1212的交叉点所受到的应力与第一连接线路1211及第二连接线路1212的其它区域有所不同。当第一连接线路1211及第二连接线路1212的交叉点对应于人体皮肤20的纹路21时，该交叉点处更加容易进入人体皮肤20的纹路21内，且进入人体皮肤20的纹路21内的程度更深，因此，能够更好地使皮肤层12与人体皮肤20结合。进一步地，通过第一连接线路1211及第二连接线路1212的交叉设置，从线型的线路变成了网状的线路，能够更好地防止连接线路121自身因人体的运动发生折断，保证连接的可靠。
进一步地，在本实施例中，第一连接线路1211及第二连接线路1212均呈周期性蜿蜒延伸，这使得皮肤层12形成多个重复的单元结构，该单元结构的设置，能够使得皮肤层12具有更好地力学性能。每一个单元结构的长度为10-25μm。
优选地，在每一个单元结构中，第一连接线路1211及第二连接线路1212均呈S型布设，且该S型第一连接线路1211及第二连接线路1212的开口方向均同时朝向顺时针或逆时针方向。
图11所示为本发明第四实施例中皮肤层12的俯视结构示意图。如图11所示，在本发明的第四实施例中，连接线路121包括多条沿第一方向延伸的第一连接线路1211、沿第二方向延伸的第二连接线路1212及沿第三方向延伸的第三连接线路1213，第一连接线路1211、第二连接线路1212及第三连接线路1213均呈周期性蜿蜒延伸，在一个周期内，第一连接线路1211、第二连接线路1212及第三连接线路1213交汇于一点。
图12所示为本发明第五实施例中皮肤层12的截面结构示意图。如图12所示，在本实施例中，为了能够适应大面积皮肤层12与人体皮肤20贴合的需要，在一连续的皮肤层12上，可以包括多个独立的基体层11。在同一时间将较大面积的皮肤层12固定于人体皮肤20上时，由于每个基体层11是独立存在的，每个独立的基体层11在进行收缩时不会对其它基体层11产生拉力，防止出现因拉动其它未进行影响手段施加的基体层11而使皮肤层12与人体皮肤20的纹路21的对位产生偏差的情况。进一步地，通过在连接线路21内引入剪纸拓扑结构，能够较好地提升连接线路21的拉伸性能，优化连接线路21在基体层11收缩时的受力情况，使得连接线路21更容易进入到人体皮肤内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (16)
1.一种仿生皮肤，其特征在于：包括基体层及设置于所述基体层上的皮肤层，所述基体层被设置为施加影响手段而发生收缩，所述皮肤层在所述基体层发生收缩时与所述基体层分离并发生翘曲。
2.根据权利要求1所述的仿生皮肤，其特征在于：所述基体层收缩的影响手段包括向设定区域施加热或紫外线的影响因素。
3.根据权利要求2所述的仿生皮肤，其特征在于：所述基体层为施加影响手段而收缩的热致变材料、光敏材料或热-光致变材料。
4.根据权利要求3所述的仿生皮肤，其特征在于：所述基体层为聚酰亚胺掺杂含偶氮苯或水凝胶掺杂纳米金属颗粒。
5.根据权利要求4所述的仿生皮肤，其特征在于：所述水凝胶材料为聚乙烯醇，聚丙烯酸或聚丙烯酸酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的仿生皮肤，其特征在于：所述皮肤层包括多条蜿蜒延伸的连接线路。
7.根据权利要求6所述的仿生皮肤，其特征在于：所述连接线路为剪纸拓扑结构。
8.根据权利要求6所述的仿生皮肤，其特征在于：所述连接线路包括沿第一方向蜿蜒延伸的第一连接线路及沿第二方向蜿蜒延伸的第二连接线路，所述第一连接线路及所述第二连接线路交叉设置。
9.根据权利要求8所述的仿生皮肤，其特征在于：所述第一连接线路及所述第二连接线路均呈周期性蜿蜒延伸，所述第一连接线路及所述第二连接线路交叉形成多个重复的单元结构。
10.根据权利要求9所述的仿生皮肤，其特征在于：在每一个单元结构中，所述第一连接线路及所述第二连接线路均呈S型布设。
11.根据权利要求6所述的仿生皮肤，其特征在于：所述连接线路包括沿第一方向延伸的第一连接线路、沿第二方向延伸的第二连接线路及沿第三方向延伸的第三连接线路，所述第一连接线路、所述第二连接线路及所述第三连接线路均呈周期性蜿蜒延伸，在一个周期内，所述第一连接线路、所述第二连接线路及所述第三连接线路交汇于一点。
12.根据权利要求1所述的仿生皮肤，其特征在于：一个连续的所述皮肤层上设置有多个相互独立的所述基体层。
13.一种仿生皮肤的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：提供一权利要求1至12中任意一项所述的仿生皮肤；
S2：将所述仿生皮肤贴附于人体皮肤上，并使所述皮肤层与人体皮肤接触；
S3,：结合所述人体皮肤的纹路，对所述仿生皮肤施加影响手段，使与所述人体皮肤的纹路所在的区域对应的所述基体层收缩，所述人体皮肤的纹路区域对应的所述皮肤层相对于所述基体层发生翘曲，并进入所述人体皮肤的纹路内；
S4：去除所述基体层，以使所述皮肤层固定于所述皮肤上。
14.根据权利要求13所述的仿生皮肤的使用方法，其特征在于：在进行所述S3步骤前，其还包括对所述人体皮肤的纹路进行采集，以确定施加影响手段的具体位置。
15.根据权利要求14所述的仿生皮肤的使用方法，其特征在于：所述影响手段包括向设定区域施加影响因素，当所述基体层表现为施加影响因素的区域发生收缩时，在S3步骤中，对所述基体层上所述人体皮肤的纹路所在的区域施加影响因素；当所述基体层表现为未施加影响因素的区域发生收缩时，在S3步骤中，对所述基体层上所述人体皮肤的纹路以外的区域施加影响因素。
16.根据权利要求13所述的仿生皮肤的使用方法，其特征在于：该方法还包括，将多块所述皮肤层固定于所述人体皮肤上，然后将相邻的两块皮肤层内的连接线路进行连接。
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