CN113664807A - 一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于柔性传感相关技术领域，其公开了一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用，所述柔性电子铠甲包括多个硬质片体、柔性连接体及功能器件，多个所述硬质片体通过所述柔性连接体连接成一个整体，使得所述柔性电子铠甲具有铠甲的保护功能；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上形成有功能电路；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上设置有功能器件，所述功能器件与对应的功能电路电性连接。所述柔性电子铠甲结合了电子皮肤柔性易变形、易共形的特性和生物铠甲的保护功能，且能够集成感知、发光、处理、控制等电学功能，对于软体机器人在极端环境中的应用具有十分重要的意义。

Description

一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用

技术领域

本发明属于柔性传感相关技术领域，更具体地，涉及一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用。

背景技术

相较于传统基于刚性材料和连接的机器人，新兴的柔性机器人技术不仅有助于简化机器人设计的算法和结构步骤，还赋予机器人可变形的能力，更适应于复杂环境中的应用。为增强柔性机器人对外界环境变化的感知能力，现有研究主要集中于电子皮肤的开发。电子皮肤是一种集成功能芯片和连接电路的柔性薄膜，类比于包裹在人体表面的皮肤，其包覆于机器人表面，具有良好的共形能力和一定的功能性，如实现环境压力、温度、湿度等的感知效果。为保证在复杂曲面上的共形粘附能力，现有的电子皮肤常采用弹性体作为基底材料，如硅橡胶、聚合物橡胶、水凝胶等。然而，在极端、多变的环境中，基于这些弹性材料的电子皮肤仅能提升机器人的感知能力等功能，但并不能对软体机器人起到保护作用，使其维持正常的作业能力。此外，在弹性体材料上制备复杂可拉伸的电路也具有一定的难度。

现阶段的科学研究和产品开发均主要聚焦于基于软材料的电子皮肤，应用对象以人体健康监测、人机交互、软体机器人等场景为主、涉及不可拉伸电子器件的解决方案，一般是采用岛-桥结构实现可拉伸设计。在另一方面，仿生铠甲的研究主要集中于实现物理防护性和力学灵活性的兼容，并不具备电学功能，也不具备其他领域的防护性。到目前为止，结合了电子皮肤优异的力学特性、丰富的电学功能性和仿生铠甲防护性的电子铠甲概念在学术文献及国内外专利中尚未被公开报道。

现阶段，将类似的生物铠甲应用于软体机器人的保护仍具有一些挑战。其一，硬质的铠甲材料和柔性的主体材料机械性能不匹配，限制了主体部分的变形和变体能力；其二，硬质材料的共形能力较差，不能适应复杂曲面的共形粘附要求。因此，研究并获得良好的共形能力、变形能力、保护能力以及传感功能的柔性电子铠甲具有重要的理论和实际工程意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法与应用，所述柔性电子铠甲结合了电子皮肤柔性易变形、易共形的特性和生物铠甲的保护功能，且能够集成感知、发光、处理、控制等电学功能，对于软体机器人在极端环境中的应用具有十分重要的意义。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了具有保护功能的柔性电子铠甲，所述柔性电子铠甲包括多个硬质片体、柔性连接体及功能器件，多个所述硬质片体通过所述柔性连接体连接成一个整体，使得所述柔性电子铠甲具有铠甲的保护功能；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上形成有功能电路；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上设置有功能器件，所述功能器件与对应的功能电路电性连接。

进一步地，所述柔性连接体为柔性基底或者柔性节点。

进一步地，所述柔性连接体的材料包括基底材料及导电材料。

进一步地，所述硬质片体的材料为有机高分子聚合物、无机功能材料及耐高温材料中的一种或者几种。

进一步地，所述硬质片体的厚度为50微米～500微米；所述柔性连接体的厚度为50微米～500微米。

进一步地，所述功能器件包括传感器、发光器件、功能芯片、控制器、开关元件中的任一种或者多种。

进一步地，所述柔性连接为柔性基底，所述功能器件与所述柔性基底之间采用连接件进行连接；所述柔性连接体内部对应所述连接件的区域布置有柔性不可拉伸器件，所述柔性连接体内部对应所述连接件之外的区域布置有可拉伸柔性器件。

进一步地，所述硬质片体的几何参数满足以下公式：

式中，γ_adhesion是所采用粘贴方式的黏性系数，其为常数；ε_critical是硬质片体的材料临界破坏应变，也是常数；K是高斯曲率，其用来描述曲面形貌；l_{tile_critical1}为满足粘附能要求的最大硬质片体尺寸；

为硬质片体的平面应变模量；t_tile为硬质片体厚度；l_{tile_critical2}为满足材料应变要求的最大硬质片体尺寸。

按照本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的具有保护功能的柔性电子铠甲的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：首先，在硬质材料上制备功能电路，并将功能材料切割成硬质片体；接着，采用柔性连接体将多个硬质片体连接成一个整体，同时在所述柔性连接体上制备功能电路；之后，将功能器件分别设置在所述硬质片体及所述柔性连接体上，继而得到柔性电子铠甲；所述功能器件与对应的所述功能电路相连通。

本发明还提供了一种如上所述的具有保护功能的柔性电子铠甲在机器人、智能可穿戴设备及飞行器中的应用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的机器人、具有保护功能的柔性电子铠甲及其制造方法主要具有以下有益效果：

1.所述柔性电子铠甲具有大面积的硬质片体，在常规状态及变形状态下均能够对软体机器人起到较好的保护作用，包括机械防护、热防护、电磁防护、光学隐身、光遮挡、气流遮挡等，保证软体机器人各种复杂工况下的正常使用。

2.所述柔性电子铠甲软硬材料结合，且厚度较薄，可以通过拉伸和变形与复杂曲面完美共形贴合，且不会产生屈曲，也不会对硬质器件造成破坏，保证了其正常功能。

3.所述柔性电子铠甲采用软硬结合的复合结构，硬质片体、柔性连接、导电电路及功能器件之间存在开放的设计空间，硬质片体和柔性连接分别具有感知等电子功能。此外，硬质片体与柔性连接之间可实现功能相互促进、互补互验，最终形成多功能柔性电子铠甲。

4.所述柔性电子铠甲柔性连接部分同时具备力学功能和电学功能，保证其整体上具有与电子皮肤相似的功能性，贴合于软体机器人表面时能够实现对外界环境的感知、照明等功能性。

5.所述柔性电子铠甲制备工艺常规，步骤简单，成本低廉，功能性强，具备很好的实用性。

6.所述柔性连接体内部对应所述连接件的区域可布置柔性不可拉伸器件，所述硬质片体的刚性会屏蔽所述柔性连接体拉伸对所述柔性不可拉伸器件产生的影响，从而实现所述柔性不可拉伸器件的减敏；所述柔性连接体内部对应所述连接件之外的区域可以布置可拉伸柔性器件，因为两片所述硬质片体之间会形成应力集中效应，使得所述柔性可拉伸器件拉伸的更大，从而实现所述可拉伸柔性器件的增敏。

附图说明

图1是本发明提供的采用柔性基底进行连接的具有保护功能的柔性电子铠甲共形于复杂曲面模型表面的示意图；

图2是本发明提供的采用柔性节点行连接的具有保护功能的柔性电子铠甲共形于复杂曲面模型表面的示意图；

图3中的(a)、(b)、(c)、(d)分别是本发明提供的采用柔性基底连接的具有保护功能的柔性电子铠甲的正面示意图、背面示意图、剖面图及处于拉伸状态的示意图；

图4中的(a)、(b)分别是本发明提供的采用剪纸式柔性基底连接的具有保护功能的柔性电子铠甲的正面示意图及背面示意图；

图5中的(a)、(b)分别是本发明提供的采用柔性节点连接的具有保护功能的柔性电子铠甲的正面示意图及背面示意图；

图6是本发明提供的具有保护功能的柔性电子铠甲的制造方法的流程示意图；

图7中的(a)、(b)分别是本发明提供的采用剪纸式柔性基底连接的具有保护功能的柔性电子铠甲的变形机理示意图及调控设计的理论分析示意图；

图8是本发明提供的具有保护功能的柔性电子铠甲的硬质片体在复杂硬质曲面上的共形尺寸设计示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-复杂曲面基底，2-硬质片体，3-柔性连接体，4-功能电路，5-第一功能器件，6-可拉伸柔性器件，7-连接件，8-第一柔性器件，9-柔性不可拉伸器件，10-第二柔性器件，11-机械雕刻刀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供的具有保护功能的柔性电子铠甲尽管采用了硬质器件结构，但具有优异的力学特性，能够弯曲、拉伸、折叠，且能够完美共形于复杂曲面(多曲率复杂硬质曲面和动态软体曲面)上。同时，所述电子柔性铠甲由于材料和结构设计的开放性，可实现包括机械防护、热防护、电磁防护、光学隐身、光遮挡、气流遮挡等多种防护功能，且能够集成多种电子元器件，实现感知、显示、通讯、驱动等多功能一体化。以感知为例，可以同时集成多种传感器，在柔性电子铠甲外表面可以布置不可拉伸传感器，以感知外界环境激励；在所述柔性电子铠甲内表面布置可拉伸或/及不可拉伸传感器，以感知贴附物体的内部信号。此外，所述柔性电子铠甲可作为传感阵列，实现动作识别、外形重构等功能。

所述柔性电子铠甲包括多个硬质片体、柔性连接体及功能器件，多个所述硬质片体通过所述柔性连接体连接成一个整体，使得所述柔性电子铠甲具有铠甲的保护功能；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上形成有功能电路；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上设置有功能器件，所述功能器件与对应的功能电路电性连接。

其中，所述柔性连接体可以为柔性基底或者柔性节点，所述柔性基底材料中包括导电材料，且可以为片状或者剪纸切割结构。所述硬质片体根据功能需求分布，其设置在所述柔性基底上或者通过柔性节点连接成岛-桥结构，所述硬质片体与所述柔性连接体构成力学整体。

所述功能电路可以同时设置在所述柔性连接体及所述硬质片体上，所述功能器件与对应的所述功能电路相连接，所述柔性连接体、所述功能电路及所述功能器件构成电学整体。

本实施方式中，所述柔性连接体的材料包括基底材料及导电材料，所述基底材料为硅橡胶、弹性聚合物及凝胶材料中的任一种；所述导电材料为导电金属颗粒、导电金属氧化物颗粒、导电碳材料、导电聚合物及离子液体中的任一种。

所述硬质片体的材料为有机高分子聚合物，如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺、碳纤维板等。所述硬质片体的材料还可以为无机功能材料，如压电材料(PZT类)、硅基材料(Si类)及金属氧化物(ZnO)中的任一种或者几种的组合。所述硬质片体还可以为耐高温材料，如耐高温陶瓷、云母等；所述硬质片体还可以为光学材料，如光学玻璃。

所述功能器件包括传感器、发光器件、功能芯片、控制器、开关元件中的任一种或者多种。所述柔性连接体的导电性能取决于所述基底材料与所述导电材料的种类及掺杂比例。其中，所述硬质片体的形状可以设计成正方形、圆形、菱形等规则形状及不规则形状。同样地，所述柔性连接体的形状可以为正方形、圆形、菱形等规则形状及不规则形状。

多个所述硬质片体可以为相同形状、相同大小阵列化分布或者不同形状、不同大小的有序或者无序分布。所述柔性基底可以为无结构化体或者结构化体，如剪纸、多孔、多中性层等。所述硬质片体的厚度为50微米～500微米；所述柔性连接体的厚度为50微米～500微米。

本发明还提供了一种具有保护功能的柔性电子铠甲的制造方法，所述制造方法主要包括以下步骤：

(1)在硬质材料上制备功能电路。

(2)通过切割机将具有功能电路的硬质材料切割成硬质片体。

(3)制备柔性连接体，并将所述柔性连接体附着在所述硬质片体上以形成柔性铰链，同时将多个所述硬质片体连接成一个整体。

具体地，将一定比例的基底材料与导电材料混合并研磨均匀以得到柔性导电可拉伸材料，进而采用所述柔性导电可拉伸材料制备柔性连接体。所述导电材料可以采用银纳米线、本征导电聚合物、液态金属、石墨烯、碳纳米管等高性能材料。其中，柔性导电可拉伸材料通过丝网印刷、旋涂、自流平等方式与硬质片体形成粘接，并待室温固化以得到固态的柔性连接体。

(4)通过锡膏焊接将功能器件与所述功能电路完成电学连通，由此得到所述柔性电子铠甲。

如上所述的柔性电子铠甲可以应用于机器人、智能可穿戴设备、飞行器等中，所述机器人采用如上所述的柔性电子铠甲作为电子皮肤，所述柔性电子铠甲包裹在所述机器人的外周。

此外，所述柔性电子铠甲可以贴合在复杂硬质曲面和时变、软体曲面表面以体现共形能力。所述柔性电子铠甲的硬质片体可以抵抗尖锐物体的穿刺、刮擦等机械伤害，对柔性机器人起到保护作用，即机械防护。同时，所述硬质片体是采用耐高温材料，可以抵抗高温，起到了热防护作用。所述硬质片体采用光学材料时，可以抵抗光的影响，起到了光学防护作用。所述硬质片体采用抗电磁干扰材料，可以抵抗电磁干扰，起到了电磁防护作用。所述硬质片体采用抗化学腐蚀材料，可以抵抗化学腐蚀，起到了化学防护作用。所述硬质片体采用电磁谐振阵列化分布，可以抵抗电磁干扰，起到了电磁防护作用。所述硬质片体采用电磁谐振阵列化分布，可以调节控制入射光反射，能够实现光学隐身。

所述硬质片体上可以布置各种柔性传感器、芯片、开关等元器件，形成了柔性传感网络，能够在防护的同时具有对外界环境刺激的感知能力。所述柔性连接体上可以布置各种柔性传感器以形成柔性传感网络，能够在不影响硬质片体防护和感知功能的前提下，实现对所贴附软体机器人等对象的实时测量。

所述硬质片体的几何形状及分布对柔性连接上的传感器具有增强作用，如两个硬质片体之间的传感器具有增敏作用，硬质片体能够屏蔽柔性基底变形对覆盖区域内的传感器的影响。其中，在实现电学功能时，所述柔性电子铠甲通过引线连接于采集与处理设备，引线及采集与处理设备均固定在测试模型上。

以下结合附图对本发明进行进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，图1中的柔性电子铠甲的柔性连接体3为柔性基底，图2中的柔性电子铠甲的柔性连接体3为柔性节点，且实现了硬质片体2在复杂曲面基底1上的直接共形。本实施方式提供的柔性电子铠甲具备优异的拉伸、弯曲、共形、形变等力学性能，可完美的包覆于复杂曲面基底1之上。其中，柔性基底及柔性节点保证了上述的优异力学性能，柔性连接体3的导电材料赋予了其电学导通及电学性能。所述硬质片体2上分别设置有功能电路4及多个第一功能器件5，所述第一功能器件5与对应的功能电路4相连通。所述第一功能器件5可以为硬质电子元器件或者柔性不可拉伸器件。

其中，块状的硬质片体2的材料及结构具有开放性，可以根据实际需求选取相应的材料和结构，实现机械防护、热防护、电磁防护、光学隐身、光遮挡、气流遮挡等多种防护功能，保证所覆盖物体在各种复杂环境下的正常使用。另外，所述硬质片体2与所述柔性连接体3的配合，实现了集成多种第一功能器件5，最终实现多功能化。

请参阅图3、图4及图5，所述柔性连接体3可以为柔性基底、柔性节点及剪纸式结构。图3中所示的柔性电子铠甲的柔性连接体3为柔性基底，所述柔性基底为完整的大面积高弹性导电材料薄膜，所述柔性基底上布置有多个硬质片体2。所述硬质片体2的形状可以为正方形、三角形、正六边形、圆形、椭圆形等多种几何形状及几种不同形状的混合阵列。其中，高弹性导电材料可以为复合材料，可采用导电硅橡胶、高弹性导电水凝胶、有机导电聚合物等材料，或者本征可拉伸导电功能材料如水凝胶。

本实施例中的高弹性导电材料选用导电硅橡胶，例如K-704单组分硅橡胶与微米银片混合物，薄膜制备工艺可以使用旋涂法、滴注法、真空涂布、溶液法、喷雾制膜等方法，形成的薄膜厚度为百微米级；为了提高导电硅橡胶的电学性能，可以对微米银片进行相应的表面处理，例如紫外臭氧清洗和表面氧化层碘化还原等。

所述硬质片体2之间通过波纹状、蜿蜒状、自相似状、弹簧连线等功能电路4实现岛-桥互联分布，在所述硬质片体2的表面可以直接布置硬质芯片等第一功能器件5。同时所述柔性连接体3的背面通过喷墨打印、真空镀膜等方式可以同时制备功能电路4，可以布置柔性应变传感器、电容传感器等可拉伸柔性器件6。功能电路4采用波纹结构或者导电材料等方式实现拉伸能力。在曲面贴合过程中，柔性连接体发生大变形，以带动上层的硬质片体2拉伸变形，在曲面上完成包覆。

所述硬质片体2上可以布置第一功能器件5，以实现对外界环境激励的感知，所述柔性连接体3远离所述硬质片体2的一侧可以布置第二柔性器件10，以实现所贴附物体的内部感知。所述第二柔性器件10包括可拉伸柔性器件及不可拉伸柔性器件。

所述硬质片体2与所述柔性连接体3之间通过连接件7形成可靠牢固的力学连接，并形成“蘑菇”状覆盖，在“蘑菇”非连接区域可布置光敏/温敏/气敏/湿敏等非接触式的第一柔性器件8。所述柔性连接体3内部对应所述连接件7的区域可布置柔性不可拉伸器件9，所述硬质片体2的刚性会屏蔽所述柔性连接体3拉伸对所述柔性不可拉伸器件9产生的影响，从而实现所述柔性不可拉伸器件9的减敏。所述柔性连接体3内部对应所述连接件7之外的区域可以布置可拉伸柔性器件6，因为两片所述硬质片体2之间会形成应力集中效应，使得所述柔性可拉伸器件6拉伸的更大，从而实现所述可拉伸柔性器件6的增敏。

图4所示的柔性电子铠甲的柔性连接体为剪纸式，结构与图3所示的连续柔性连接体有相似的材料选择、硬质片体2的形状及制备工艺。弹性连接体3沿硬质片体2的缝隙处选择性切割，但保留了节点处的局部连接铰链，形成剪纸式力学超材料结构。

所述硬质片体2上可以直接布置芯片、贴片天线等各种第一功能器件5，同时所述硬质片体2之间通过波纹状二维或者三维功能电路4实现互联，并保证拉伸能力。芯片、器件的连接采用焊接、贴装工艺直接连接于硬质片材的焊台之上，电路连接线同时从硬质片体2之间的波纹桥路上通过，构成波纹导线结构以保证足够拉伸能力并实现对功能电路4的构建。在进行曲面贴合时，剪纸式的柔性连接体3在橡胶节点直接拉伸的同时产生旋转变形，增强了柔性电子铠甲的可拉伸性，柔性连接体3仅在连接点处产生较大变形，完成曲面包覆。剪纸式柔性连接体3主要是借助其负泊松比、刚度可调节、2维平面结构到3维立体结构的可变形性、结构变形的可编程性能等超常力学特性，在保证原有变形能力、防护性、电学功能等优异性能的前提下，进一步增强柔性电子铠甲的力学性能。

图5所示的柔性电子铠甲的柔性连接体为柔性节点，其在图4所示的柔性电子铠甲的基础上进一步缩小了对弹性连接体的依赖，仅在连接处保留了柔性节点，柔性节点可采用丝网印刷、滴注法、涂布法等方法制成。这一整体构成了剪纸式切割结构，以保证所述柔性电子铠甲的结构和电学整体连接。在硬质片体的正面与背面均可提供高机械强度的电路制备基底，实现了高密度电子器件的制备与布置。

在贴合于柔性或者复杂曲面时，本结构仅在柔性的连接缝处产生较大变形，且带动硬质片体部分产生平面内外的旋转。由于柔性节点与硬质片体之间具有良好的力学匹配，其变形时的屈曲受到良好的抑制，具有很好的拉伸和共形效果。此外，硬质部分的小变形也保证了本实施例中的柔性电子铠甲良好稳定的电学性能和使用寿命。

请参阅图6及图7，本发明提供的具有保护功能的柔性电子铠甲的制造方法，所述制造方法主要包括以下步骤：

步骤一，通过柔性印刷电路的方法在整块的硬质薄片上制备所需电路图案，功能电路需在后续电子器件焊接处和切割开的片体之间的连接节点处预留焊盘。电路制备工艺可以采用金属镀膜、丝网印刷、激光烧结、化学沉积等方式。

步骤二，通过机械切割、激光切割等方式将整体的硬质薄片切割成所需图案、大小和数量的硬质片体。其中，切割缝宽度在百微米级。

步骤三，在切割开的硬质片体缝隙节点处通过喷墨打印、涂布、丝网印刷等方式制备弹性体导电连接点。

步骤四，根据剪纸式结构的需求，切割连接点，由此完成。

具有剪纸式柔性连接体的柔性电子铠甲的理论分析方法主要包括以下步骤：

a，构建局部边界屈曲理论，节点处铰链先发生局部弯曲，逐渐发展为全部屈曲，考虑临界应变过程中平面弯曲的影响。剪纸式铰链的屈曲行为归纳为面内弯曲和拉伸耦合作用下拉伸薄膜的局部边缘屈曲。

b，连接处在拉应力和压应力的同时作用下，当应力达到临界值时，受压区域首先出现边缘屈曲，然后逐渐发展到整个区域。

c，将铰链整体分为两个不同的区域，一个拉伸区域和一个褶皱区域。拉伸区遵循弹性力学经典理论，褶皱区使用冯.卡门理论来解释。

优选地，以正方形硬质片材为例，片材的边长为l_tile，切缝的宽度为δ，连接处铰链的长度为l_hinge，拉伸时单片硬质正方形片的旋转角度为θ，此时产生屈曲的临界条件满足：

σ_applied＞σ_critical

其中

其中，

为等效刚度，E_f和ν_f是硬质片体2的杨氏模量和泊松比，

是惯性矩。

d，剪纸力学超材料的变形可以分为三个阶段：i)面内旋转，ii)局部边缘屈曲，iii)全局屈曲及相应的复杂面外变形。首先，硬质片体在外部拉伸荷载作用下开始旋转，导致了负泊松比效应和铰链的平面内拉伸弯曲。在这一阶段，应变-应力关系为线性关系。其次，随着压应力的增加，沿边缘出现面外屈曲，使力学响应由线性突变；最后，局部边缘屈曲发展为整体屈曲，导致刚性片材产生面外复杂旋转和错位运动。

请参阅图8，本发明还提供了一种如上所述的柔性电子铠甲的硬质片体2在复杂硬质曲面上的共形尺寸的设计理论方法，所述理论分析方法主要包括以下内容：

从能量法出发，给出了硬质片体2在复杂硬质曲面上的共形尺寸设计准则，即硬质片体2的几何参数必须满足以下准则，否则无法共形。

其中，γ_adhesion是所采用粘贴方式的黏性系数，为常数；ε_critical是硬质片体2的材料临界破坏应变，也是常数；K是高斯曲率，用来描述曲面形貌；l_{tile_critical1}为满足粘附能要求的最大硬质片体尺寸；

为硬质片体的平面应变模量；t_tile为硬质片体厚度；l_{tile_critical2}为满足材料应变要求的最大硬质片体尺寸。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：

所述柔性电子铠甲包括多个硬质片体、柔性连接体及功能器件，多个所述硬质片体通过所述柔性连接体连接成一个整体，使得所述柔性电子铠甲具有铠甲的保护功能；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上形成有功能电路；所述硬质片体或/及所述柔性连接体上设置有功能器件，所述功能器件与对应的功能电路电性连接。

2.如权利要求1所述的具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：所述柔性连接体为柔性基底或者柔性节点。

3.如权利要求1所述的具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：所述柔性连接体的材料包括基底材料及导电材料。

4.如权利要求1所述的具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：所述硬质片体的材料为有机高分子聚合物、无机功能材料及耐高温材料中的一种或者几种。

5.如权利要求1所述的具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：所述硬质片体的厚度为50微米～500微米；所述柔性连接体的厚度为50微米～500微米。

6.如权利要求1-5任一项所述的具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：所述功能器件包括传感器、发光器件、功能芯片、控制器、开关元件中的任一种或者多种。

7.如权利要求1-5任一项所述的具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：所述柔性连接为柔性基底，所述功能器件与所述柔性基底之间采用连接件进行连接；所述柔性连接体内部对应所述连接件的区域布置有柔性不可拉伸器件，所述柔性连接体内部对应所述连接件之外的区域布置有可拉伸柔性器件。

8.如权利要求1-5任一项所述的具有保护功能的柔性电子铠甲，其特征在于：所述硬质片体的几何参数满足以下公式：

式中，γ_adhesion是所采用粘贴方式的黏性系数，其为常数；ε_critical是硬质片体的材料临界破坏应变，也是常数；K是高斯曲率，其用来描述曲面形貌；l_{tile_critical1}为满足粘附能要求的最大硬质片体尺寸；

为硬质片体的平面应变模量；t_tile为硬质片体厚度；l_{tile_critical2}为满足材料应变要求的最大硬质片体尺寸。

9.一种权利要求1-8任一项所述的具有保护功能的柔性电子铠甲的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：首先，在硬质材料上制备功能电路，并将功能材料切割成硬质片体；接着，采用柔性连接体将多个硬质片体连接成一个整体，同时在所述柔性连接体上制备功能电路；之后，将功能器件分别设置在所述硬质片体及所述柔性连接体上，继而得到柔性电子铠甲；所述功能器件与对应的所述功能电路相连通。

10.一种权利要求1-8任一项所述的具有保护功能的柔性电子铠甲在机器人、智能可穿戴设备及飞行器中的应用。

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