一种仿生汗腺及仿生皮肤制造技术

本发明专利技术提供了一种仿生汗腺及仿生皮肤，包括端盖、微热管、回流管和外壳，所述端盖与外壳通过止口密封连接；所述端盖中心设有进液腔，所述端盖内部分布若干微热管，任意所述微热管一端与进液腔连通；所述外壳内部设有与进液腔连通的散热管道，所述散热管道内填充多孔介质，所述散热管道内多孔介质形成的孔隙沿蒸发流向逐渐减小，所述多孔介质的间隙中填充蒸发液；所述微热管另一端与散热管道通过回流管连通。本发明专利技术可以依据热源的位置进行疏密分布设置，靠近热源的位置分布较多数量的汗腺，以此提高效率、汗腺蒸发液从蒸发端冷凝经过回流管到底端，能够重复使用的更加经济的方式的热交换。换。换。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生汗腺及仿生皮肤


[0001]本专利技术涉及生物仿真学领域或者人工皮肤领域，特别涉及一种仿生汗腺及仿生皮肤。

技术介绍

[0002]人工皮肤(Artificial skin)主要有两大类，一种是合成皮肤(Synthetic skin)，一种是智能皮肤(Smart skin)。智能皮肤是人机交互和人工智能的重要研究领域，智能皮肤在医疗健康领域也有重要的作用。
[0003]现阶段，柔性传感器除电极外所有组件都是由柔性材料制造,由于皮肤的复杂性，很小的局部区域往往可以兼顾多种功能，尤其是实现感觉功能，感受冷、热、软、硬，所以近年来对电子皮肤的仿生思路是层叠皮肤，并在皮肤各层安装不同类型传感器。现有技术公开了一种复层式电子皮肤，第一层皮肤由第一水凝胶及多个第一传感器构成，第二层皮肤构成方式与第一层皮肤类似，且第一柔性半球状凸起压板的外部与第二层皮肤中的第二柔性半球状凸起压板的外部相互正对设置。上下层皮肤通过柔性半球状凸起压板相接触，接触面积很小，在受到外界刺激时，可以快速响应所以本方案提供的电子皮肤的灵敏度高。但是高温环境会影响电子元器件和设备的性能、使用寿命，传统的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法已经难以满足许多电子器件的散热要求。
[0004]Lee等利用纳米黏土和温敏水凝胶制作的仿生汗腺，不但实现了温度高时通过水蒸发冷却的功能，同时还实现了温度低时防止水蒸发的功能。但这种有着微表面结构的仿生汗腺仍然在稳定性、可植入、尤其是热传输效率方面仍存在缺陷。
[0005]康奈尔大学的Rob Shepherd及其研究团队研发了一种特殊材质的机器人手掌，该手掌能够以“分泌汗液”的方式，来控制机器内部的温度。但是这种以出汗为散热方式的仿生汗腺，本身具有一些缺陷，在汗液排出完成热交换的过程，会使外部壳体变得湿滑，降低人工汗腺应有的摩擦力，不利于抓握，可能会使手中的物体发生滑落，尽管更改上层的纹理可以在这方面有所缓解，但却会让表现变得褶皱。此外，目前这款机器人需要定期供水，以补充蒸发掉的水份。所以，以单纯排水出汗的散热方式因温度不同开口大小有变化而导致出水量大小不可控，所以散热的稳定性不可控。供水一次性排出，使用过程排出的水不可收集循环使用，还会改变外部手掌表面状态，使表面变得湿滑，不利于抓握的过程。
[0006]日本京都大学的研究人员在Kengoro机器人的冷却方式中，采用仿生汗腺的方式以开发更高效的冷却液输送系统。Kengoro内部配有铝制框架，框架上分布着类似海绵似的缝隙和通道。这些通道可将水传送到机器人全身，并通过蒸发的形式实现热交换，以铝框架为基础的冷却系统就像人类那样出汗。测试显示，这种出汗技术比传统冷却方式的效果好2倍。这种微表面结构是刚性结构，置于机器人内部，不利于机器人全身安装皮肤覆盖、蒸发液体散到空气，同样是不可收集循环使用。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种仿生汗腺及仿生皮肤，可以依据热源的位置进行疏密分布设置，靠近热源的位置分布较多数量的汗腺，以此提高效率、汗腺蒸发液从蒸发端冷凝经过回流管到底端，能够重复使用的更加经济的方式的热交换。
[0008]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0009]一种仿生汗腺，包括端盖、微热管、回流管和外壳，
[0010]所述端盖与外壳通过止口密封连接；所述端盖中心设有进液腔，所述端盖内部分布若干微热管，任意所述微热管一端与进液腔连通；
[0011]所述外壳内部设有与进液腔连通的散热管道，所述散热管道内填充多孔介质，所述散热管道内多孔介质形成的孔隙沿蒸发流向逐渐减小，所述多孔介质的间隙中填充蒸发液；所述微热管另一端与散热管道通过回流管连通。
[0012]进一步，所述多孔介质为水凝胶颗粒；所述水凝胶颗粒的直径沿蒸发流向逐渐减小，所述多孔介质形成的孔隙不大于40微米。
[0013]进一步，所述端盖为扁平的椭圆形，若干所述微热管在端盖内呈murrary定律分布。
[0014]进一步，所述散热管道与进液腔之间设有滤网。
[0015]进一步，所述外壳呈水滴状，水滴状所述外壳底部呈球形，所述外壳顶部沿蒸发流向逐渐渐缩。
[0016]进一步，所述外壳呈圆柱体或长方体。
[0017]进一步，所述外壳为螺旋结构或盘管结构。
[0018]一种仿生皮肤，所述仿生皮肤内植入所述的仿生汗腺。
[0019]进一步，当所述仿生皮肤上的热源为点分布时，所述仿生汗腺均布在点热源周边；当所述仿生皮肤上的热源为面分布时，所述仿生汗腺阵列均布在面热源平面。
[0020]进一步，所述仿生汗腺的外壳粘接或编织固定在仿生皮肤的内部或表面；所述端盖位于仿生皮肤外部。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1.本专利技术所述的仿生汗腺，采用蒸发回凝的可循环方式，端盖起到放大散热面积的效果，端盖的蒸发基于微热管的蒸发原理，使冷凝液体单方向循环，通过外壳回流到底部吸热区。
[0023]2.本专利技术所述的仿生汗腺，通过外壳和端盖采用水凝胶材料制成，能够适应电子皮肤等柔性材料在使用过程中材料表面产生的拉伸，剪切的力的作用效果，相比较已有的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法的硬件型热交换方法，本专利技术装置本身的柔性特征的热交换方法有更好的适应性和更多的应用场合。
[0024]3.本专利技术所述的仿生汗腺，通过外壳内填充多孔介质，内多孔介质形成的孔隙沿蒸发流向逐渐减小，多孔介质本身具有浸润性，可以有效吸合蒸发液，从而达到固液平衡，改变内部液体的流动性。内部填充多孔介质可以起到自发将吸收的液体沿蒸发端到冷凝端的方向运输。
[0025]4.本专利技术所述的仿生皮肤，根据热源的分布布置仿生汗腺，可采用单位面积下多数量分布的微小密集排列方式，在散热源处及其周边汗腺单位密度数量较无热源处皮肤更
多。应用在受体表面区域，随着使用的智能皮肤面积越大，相应的汗腺数量也越多。采用结构小型的数量多个的高密度方式相比较传统的大型的单个的固定区域散热的方式。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1所述的仿生汗腺结构图。
[0027]图2为图1的剖视图。
[0028]图3为本专利技术实施例2所述的仿生汗腺结构图。
[0029]图4为本专利技术实施例3所述的仿生汗腺结构图。
[0030]图5为本专利技术实施例4所述的仿生汗腺结构图。
[0031]图6为本专利技术所述的仿生汗腺在点热源的仿生皮肤上的分布图。
[0032]图7为本专利技术所述的仿生汗腺在面热源的仿生皮肤上的分布图。
[0033]图8为本专利技术实施例5所述的仿生汗腺植入仿生皮肤的示意图。
[0034]图9为本专利技术实施例6所述的仿生汗腺植入仿生皮肤的示意图。
[0035]图10为本专利技术实施例7所述的仿生汗腺植入仿生皮肤的示意图。
[0036]图11为本专利技术实施例8所述的仿生汗腺植入仿生皮肤的示意图。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生汗腺，其特征在于，包括端盖(4)、微热管(13)、回流管(12)和外壳(1)，所述端盖(4)与外壳(1)通过止口密封连接；所述端盖(4)中心设有进液腔(14)，所述端盖(4)内部分布若干微热管(13)，任意所述微热管(13)一端与进液腔(14)连通；所述外壳(1)内部设有与进液腔(14)连通的散热管道，所述散热管道内填充多孔介质(3)，所述散热管道内多孔介质(3)形成的孔隙沿蒸发流向逐渐减小；所述多孔介质(3)的间隙中填充蒸发液；所述微热管(13)另一端与散热管道通过回流管(12)连通。2.根据权利要求1所述的仿生汗腺，其特征在于，所述多孔介质(3)为水凝胶颗粒；所述水凝胶颗粒的直径沿蒸发流向逐渐减小；所述多孔介质(3)形成的孔隙不大于40微米。3.根据权利要求1所述的仿生汗腺，其特征在于，所述端盖(4)为扁平的椭圆形，若干所述微热管(13)在端盖(4)内呈murrary定律分布。4.根据权利要求1所述的仿生汗腺，其特征在于，所述散热管道与进液腔(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思，杨传壮，屈健，茹伟民，乔筱祺，黄钦，荆腾，陈晨，贺佳钰，徐忆柳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：