仿生皮肤的柔性触觉敏感构件与微接触印刷制造方法研究

随着机器人智能化技术的发展，大面积、柔性、多维触觉力感知功能的柔性智能皮肤的研制开发制约了机器人柔性触觉传感技术的发展。为此，本项目通过仿生研究人体皮肤的组织结构及柔性触觉感知机理，设计了一种仿生皮肤的柔性触觉敏感构件，并基于微接触印刷技术研究探索该构件的大面积、低成本制造方法。研究内容主要包括：1）仿生皮肤的组织结构和柔性触觉传感机理，进行仿生柔性触觉敏感构件的结构设计；2）研究仿生柔性触觉敏感构件的微接触印刷制造机理、制造方法及工艺参数优化模型；3）开展仿生柔性触觉敏感构件的大面积、柔性、多维触觉力敏感特征信息的解耦与智能化处理技术研究；4）研制开发仿生柔性触觉敏感构件原理样机及实验平台，并开展实验研究。研究成果将为仿人机器人、服务机器人、康复医疗机器人、人体运动建模与仿真等领域的柔性触觉敏感皮肤、柔性触觉传感器的设计开发及大面积、低成本制造提供理论基础和技术储备。

本项目通过仿生研究人手皮肤的柔性触觉感知机理，发展了一种新型分布式柔性触觉敏感阵列的结构设计及其微接触印刷制造的新方法。本项目完成的主要研究工作及取得的主要成果如下：（1）完成了人手皮肤的柔性触觉感知机理及仿生触觉敏感构件的结构设计研究；（2）研究了基于PDMS软印章的微接触印刷制造方法研究，并构建了微接触印刷制造的实验系统；（3）完成了仿生皮肤柔性触觉敏感阵列的力学解析建模研究；（4）完成了用于法向接触力检测的高灵敏度柔性触觉传感阵列的结构设计与微制造研究，并进行了实验验证；（5）研制了新型内嵌微四棱锥台介电层的柔性三维力触觉敏感阵列，实验结果表明该传感阵列具备三维触觉力检测功能，并具有较高的检测灵敏度；（6）针对人手触觉感知所需的同时检测三维力和滑移的需求，开展了基于导电橡胶的柔性触觉触滑觉复合传感阵列的研制，实验结果表明研制的触滑觉复合传感阵列具有三维力感知和滑移检测的功能。本项目提出的仿生人手皮肤的柔性触觉敏感阵列的结构设计及其微接触印刷制造新方法，将为我国智能假肢及医疗机器人等所需触觉传感阵列的设计与制造提供一条新途径，研究成果对智能假肢、医疗康复机器人等生机电系统领域的触觉传感与检测理论与技术的发展具有重要的理论指导和实际应用意义。项目培养博士后1名，研究生8名；发表论文13篇，其中SCI检索5篇，EI检索4篇；已申请授权发明专利10项，实用新型专利10项。