一种人工智能皮肤及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及光电功能材料及其应用领域，具体涉及一种人工智能皮肤及其制备方法和应用。所述人工智能皮肤包括水凝胶电解质薄膜，设置在水凝胶电解质薄膜上方的电极材料a，设置在电极材料a上方的顶层绝缘保护材料，设置在水凝胶电解质薄膜下方的电极材料b，设置在电极材料b下方的顶层绝缘保护材料；所述水凝胶电解质薄膜是基于一维光子晶体结构水凝胶，具有双重网络结构。本发明专利技术提供的人工智能皮肤以具有光子晶体结构的水凝胶为基础，其中具有光子晶体结构的水凝胶表现出光学、电学以及力学的各向异性响应能力，在柔性触摸屏、运动轨迹追踪器等领域有着广泛的应用价值。踪器等领域有着广泛的应用价值。踪器等领域有着广泛的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种人工智能皮肤及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光电功能材料及其应用领域，具体涉及一种人工智能皮肤及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]皮肤是覆盖动物身体的柔软而有弹性的组织的外层。作为人体最大的感觉器官，皮肤可以为大脑提供有关自然环境的大量信息。模仿体感的人工智能皮肤有望扮演替代生物皮肤或虚拟现实中的传感和致动界面的角色。它已显示出在触觉设备，假肢，可穿戴医疗传感器，可植入医疗设备以及机器人的人造皮肤中的潜在适用性。最近的工作产生了能够检测感觉的电子皮肤，与人体皮肤相似，包括压力，温度，湿度和变形。但是，与真实皮肤不同，大多数已开发的电子皮肤在不同压力条件下均表现出对信号的相似响应，从而难以区分复杂的施加应力场。实际上，作为体感系统的重要功能，皮肤实时分辨具有不同方向和水平的应力(例如法向应力或剪切应力)的能力对于提供纹理和滑移信息是必不可少的。未来的人工智能(例如机器人)将需要此类反馈来执行一些琐碎的任务，例如拿着玻璃杯或将钥匙插入锁中。同时，具有这种能力的人工智能皮肤也将有助于建立先进的人机界面，并有益于我们对远程或虚拟对象的感知能力。因此，开发具有各向异性响应能力的人工智能皮肤，可以对不同方向的压力做出不同的响应，这是一个鼓舞人心且富有挑战性的研究课题。
[0003]到目前为止，有几种方法可以实时区分不同方向和级别的压力。一种典型的方法是基于复合导电膜制备人工智能皮肤，其中导电填料均匀分布而没有取向。导电填料之间的距离将根据施加的拉伸力或压缩力而变化，因此通过检测制备的复合导电膜的电阻信号，可以同时检测施加力的方向和大小。检测精度在很大程度上取决于导电填料的形态和在混合物中的分散性，因此不同批次的复合导电膜的性能可能彼此差异很大。通过精细的结构设计，可以实现使人工智能皮肤具有各向异性响应能力的另一种方法。人工智能皮肤模仿了山丘和真实皮肤的机械感受器，据报道，它能够实时测量和区分法向力和切向力。然而，装置的组装需要复杂的过程。因此，以简单，可靠的方式探索对不同方向力具有固有各向异性的人工智能皮肤不仅是必要的，而且也是极富挑战性的。

技术实现思路

[0004]基于上述内容，本专利技术提供一种人工智能皮肤及其制备方法和应用。所述人工智能皮肤在不同方向力具有固有各向异性，可用于制备多种功能器件。
[0005]本专利技术的技术方案之一，一种人工智能皮肤，包括水凝胶电解质薄膜，设置在水凝胶电解质薄膜上方的电极材料a，设置在电极材料a上方的顶层绝缘保护材料，设置在水凝胶电解质薄膜下方的电极材料b，设置在电极材料b下方的顶层绝缘保护材料；
[0006]所述水凝胶电解质薄膜是基于一维光子晶体结构水凝胶，具有双重网络结构。
[0007]进一步地，所述顶层绝缘保护材料和底层绝缘保护材料相同或者不同，选自VHB胶带、塑料、橡胶和弹性体中的一种；所述电极材料a和电极材料b相同或者不同，选自惰性电
极或活性电极。
[0008]进一步地，所述水凝胶电解质薄膜由具有层状自组装能力的分子或聚合物自组装得到的层状结构作为第一种网络结构，以可聚合单体在层间聚合得到的三维网络结构作为第二种网络结构。
[0009]进一步地，所述水凝胶电解质薄膜的制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将表面活性剂、具有层状自组装能力的分子或聚合物、可聚合单体分散在水中，恒温搅拌得到均一的自组装前驱液；
[0011](2)在该自组装前驱液中加入引发剂进行引发聚合得到水凝胶薄膜；
[0012](3)将水凝胶薄膜浸泡在电解液中得到水凝胶电解质薄膜。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中：
[0014]表面活性剂为阴离子型、阳离子型、两性离子型以及非离子型中的一种或多种；具体选自：油酸、硬脂酸、月桂酸、十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、尔辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂以及脂肪酸甘油酯中的一种或多种；
[0015]所述具有层状自组装能力的分子或聚合物选自聚己内酯
‑
b
‑
聚环氧乙烷、聚乙二醇单甲醚
‑
b
‑
聚乳酸、烯基琥珀酸、单硬脂酸甘油酯和十二烷基衣康酸甘油酯中的一种或多种；
[0016]所述可聚合单体为丙烯酰胺、丙烯酸和乙烯醇中的一种或多种；所述可聚合单体在自组装前驱液中的浓度为0.1
‑
10M；
[0017]所述具有层状自组装能力的分子或聚合物和表面活性剂摩尔比为1000:1
‑
1:1；
[0018]所述具有层状自组装能力的分子或聚合物和可聚合单体的混合比例为1：1
‑
1：100；
[0019]所述恒温搅拌具体为30℃
‑
100℃条件下搅拌10分钟
‑
1000分钟。
[0020]进一步地，所述步骤(2)中：
[0021]引发剂为光引发剂或热引发剂，其在自组装前驱液中的质量浓度为0.05
‑
0.5％；
[0022]所述引发聚合具体为：以0.1
‑
5cm/s的速度注入由间隔为0.01
‑
5mm的平行玻璃板组成的反应池中，在光聚或者热聚条件下聚合5
‑
8小时；
[0023]所述步骤(3)中：电解液选自浓度为0.01
‑
10M的氯化锂、氯化钠、磷酸、硫酸、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种，浸泡时间为0.1
‑
1000h。
[0024]本专利技术的技术方案之二，上述人工智能皮肤在方向识别的传感器、彩色柔性显示器和自适应隐身设备中的应用。
[0025]本专利技术的技术方案之三，一种彩色柔性显示器，具体结构上述人工智能皮肤、电子推杆阵列、动力驱动模块、中央处理器、电源管理模块；
[0026]其中人工智能皮肤置于电子推杆之上；中央处理器由指令中心、处理器计算中心和通用端口组成；所述中央处理器内的指令中心，与所述电子推杆阵列连接，用于对电子推杆阵列发送控制指令进行彩色颜色的显示；所述中央处理器内的处理器计算中心，与所述指令中心和通用端口连接，用于产生控制电机运转的脉冲信号；所述中央处理器内的通用端口，通过连接数据线与动力驱动装置连接，用于将控制信号传递给动力驱动装置；
[0027]动力驱动装置包括：步进器、回路电机、保护电路和连接数据线；所述的步进器，与所述中央处理器的通用端口连接，用于执行中央处理器发送的数据指令；所述的回路电机，
与所述步进器和保护电路连接，用于向步进器提供工作电压；所述的保护电路，与所述步进器和电机连接，内置带迟滞效应的过热保护，温度下降后自动恢复工作；所述的连接数据线，与所述的中央处理器和电源管理模块连接，用于数据传输。
[0028]进一步地，所述电子推杆阵列为相同的微型电子推杆，形状为圆形、矩形和椭圆形中的一种，圆形尺寸直径0.1cm
‑
10cm，矩形尺寸0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工智能皮肤，其特征在于，包括水凝胶电解质薄膜，设置在水凝胶电解质薄膜上方的电极材料a，设置在电极材料a上方的顶层绝缘保护材料，设置在水凝胶电解质薄膜下方的电极材料b，设置在电极材料b下方的顶层绝缘保护材料；所述水凝胶电解质薄膜是基于一维光子晶体结构水凝胶，具有双重网络结构。2.根据权利要求1所述的人工智能皮肤，其特征在于，所述顶层绝缘保护材料和底层绝缘保护材料相同或者不同，选自VHB胶带、塑料、橡胶和弹性体中的一种；所述电极材料a和电极材料b相同或者不同，选自惰性电极或活性电极。3.根据权利要求1所述的人工智能皮肤，其特征在于，所述水凝胶电解质薄膜由具有层状自组装能力的分子或聚合物自组装得到的层状结构作为第一种网络结构，以可聚合单体在层间聚合得到的三维网络结构作为第二种网络结构。4.根据权利要求3所述的人工智能皮肤，其特征在于，所述水凝胶电解质薄膜的制备方法包括以下步骤：(1)将表面活性剂、具有层状自组装能力的分子或聚合物、可聚合单体分散在水中，恒温搅拌得到均一的自组装前驱液；(2)在该自组装前驱液中加入引发剂进行引发聚合，得到水凝胶薄膜；(3)将水凝胶薄膜浸泡在电解液中得到水凝胶电解质薄膜。5.根据权利要求4所述的人工智能皮肤，其特征在于，所述步骤(1)中：表面活性剂为阴离子型、阳离子型、两性离子型以及非离子型中的一种或多种；所述具有层状自组装能力的分子或聚合物选自聚己内酯
‑
b
‑
聚环氧乙烷、聚乙二醇单甲醚
‑
b
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聚乳酸、烯基琥珀酸、单硬脂酸甘油酯和十二烷基衣康酸甘油酯中的一种或多种；所述可聚合单体为丙烯酰胺、丙烯酸和乙烯醇中的一种或多种；所述可聚合单体在自组装前驱液中的浓度为0.1
‑
10M；所述具有层状自组装能力的分子或聚合物和表面活性剂摩尔比为1000:1
‑
1:1；所述具有层状自组装能力的分子或聚合物和可聚合单体的混合比例为1：1
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1：100；所述恒温搅拌具体为30℃
‑
100℃条件下搅拌10分钟
‑
1000分钟。6.根据权利要求5所述的人工智能皮肤，其特征在于，所述步骤(2)中：引发剂为光引发剂或热引发剂，其在自组装前驱液中的质量浓度为0.05
‑
0.5％；所述引发聚合具体为：以0.1
‑
5cm/s的速度注入由间隔为0.01
‑
5mm的平行玻璃板组成的反应池中，在光聚或者热聚条件下聚合5
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8小时；所述步骤(3)中：电解液选自浓度为0.01
‑
10M的氯化锂、氯化钠、磷酸、硫酸、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种，浸泡时间为0.1
‑
1000h。7.一种根据权利要求1
‑
6任一项所述的人工智能皮肤在方向识别的传感器、彩色柔性显示器和自适应隐身设备中的应用。8.一种彩色柔性显示器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，牛坚，公彦婷，方诗镪，董艳，
申请(专利权)人：南京柔能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：