[发明专利]一种柔性三维力传感器及其制备方法

说明书

本公开涉及一种柔性三维力传感器及其制造方法，其中，所述柔性三维力传感器，包括：自上而下设置的凸起受力层、第一微结构单元和第二微结构单元，所述第一微结构单元包括第一柔性衬底、第一电极层和第一微结构，所述第二微结构单元包括第二电极层、第二微结构和第二柔性衬底，所述第一微结构与所述第二微结构分别包括正面和背面，所述第一微结构的正面与所述第二微结构的正面相对设置。

技术领域

本公开涉及传感器技术领域，具体涉及一种柔性三维压力传感器。

背景技术

在传统的手术中，触觉在广泛的诊断中扮演着重要的角色。医生通过触觉产生力量和触觉反馈，这为识别病变组织或者器官提供了重要信息，病变组织或者器官与周围的组织或器官相比具有不同的硬度。因此，在传统的手术中，医生可以直接触诊组织或器官来定位并识别是否存在病变。

近年来，随着医疗技术的进步，机器人微创手术已经越来越多的被应用到临床。相比于传统的外科手术，机器人微创手术是用小切口进行的，伤口愈合所需的时间、伤口引起的疼痛和其他感染风险都被降至最低，具有手术精度高、术后疼痛少、住院恢复时间短、瘢痕少、降低整体医疗费用等显著优点。力感知在机器人微创手术是一个很重要的技术指标，但由于机器人微创手术本身缺乏触觉，当前，医生只能通过相机视觉信息来预估位置，仍然不能获得微创手术机器人的力反馈，无法通过触碰来识别组织或器官的病变程度，这降低了医生在手术过程中的灵活性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种面向机器人微创手术触手的新型柔性三维力传感器及其制备方法，以针对性解决现有的机器人微创手术中触手力检测方面的不足，更好的辅助临床医生进行手术以及机器人微创手术机器人系统的建立。

为了达到上述目的，本发明可以采用如下技术方案：

一种柔性三维力传感器，其包括：自上而下设置的凸起受力层、第一微结构单元和第二微结构单元，所述第一微结构单元包括第一柔性衬底、第一电极层和第一微结构，所述第二微结构单元包括第二电极层、第二微结构和第二柔性衬底，所述第一微结构与所述第二微结构分别包括正面和背面，所述第一微结构的正面与所述第二微结构的正面相对设置。

进一步的，所述第一电极层印刷设置于所述第一柔性衬底的表面，带有所述第一电极层的所述第一柔性衬底通过键合设置于所述第一微结构的背面，所述第一电极层设置于所述第一微结构与所述第一柔性衬底之间；所述第二柔性衬底通过键合设置于所述第二微结构的背面，所述第二电极层溅射设置于所述第二微结构的正面。

进一步的，所述第一微结构的正面与所述第二微结构的正面以正交的形式相对设置。

进一步的，所述第一微结构和第二微结构均为三棱锥微结构。

进一步的，所述第一电极层包括若干个通过丝网印刷技术，以导电油墨为印刷材料，印刷而成的丝网印刷电极。

进一步的，第二电极层包括溅射于所述第二微结构正面的铬和金。

进一步的，所述第一柔性衬底和所述第二柔性衬底的材料均包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，所述第一微结构和第二微结构的材料均包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

进一步的，所述凸起受力层的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

进一步的，所述柔性三维力传感器是通过具有生物兼容性的材料制成的。

进一步的，所述柔性三维力传感器包括复合介电层，所述第一微结构单元和位于所述第一微结构单元与所述第二微结构单元之间的空气形成所述复合介电层。

本发明还可采用如下技术方案：

一种制备柔性三维力传感器的方法，其包括如下步骤：

在微结构模具上旋涂聚二甲基硅氧烷(PDMS)以形成第一微结构；