高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器的研究

为解决可用于机器人等复杂三维载体表面的电子皮肤触觉传感器难以兼具高柔弹性及压力检测功能的难题,从材料的选取、结构的优化以及新型制作工艺等方面进行了研究,提出研制高弹性的柔性电子皮肤压力触觉传感器新方法.采用新型银纳米线(AgNWs)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料,基于半圆与圆形相结合的高柔弹性导电薄膜电极层及阵列式"多孔PDMS"的新型"三明治"式传感器阵列结构,极大地提高了触觉传感器的柔弹性,用模具固化成型工艺制作了高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器.结果表明:这种电子皮肤压力触觉传感器具有良好的柔弹性,其弹性拉伸率超越人类皮肤的弹性,达到了30%,可覆盖于机器人等复杂三维载体表面;在不同载荷条件下进行了压力大小及分布情况的测量,发现在自然及拉伸状态下,该电子皮肤压力触觉传感器均具有较高的线性度、灵敏度及较小的迟滞误差.研究结果为机器人触觉感知技术和智能化发展奠定了基础.

新型高柔弹性导电薄膜电极层的制备与性能研究

为了解决用于机器人等复杂三维载体表面或活动关节部位的触觉传感器实现高柔弹性的难题,提出了基于纳米材料,并结合马蹄形的形状布置与预拉伸工艺制作新型高柔弹性导电薄膜电极层的方法。将银纳米线以马蹄形的形状布置植入到已经过预拉伸处理的PDMS薄膜表面,形成具有高伸缩性能的导电复合材料。将其应用于机器人手腕及手指部位,验证了良好的拉伸-导电特性,且拉伸试验结果表明:这种新型高柔弹性导电薄膜电极层随着拉伸率的增加,电阻值呈现先减小再缓慢增大的趋势,在第50次拉伸30%后,电极相对初始值的电阻增量仅为93%。这种新型电极制作工艺简单,具有良好的柔弹性、导电性及稳定性,透明度也很高,可应用于拉伸、弯曲、扭转等多种复杂的应用场合。