一种基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器

本申请涉及柔性压力传感器，具体涉及一种基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器。

背景技术：

1、柔性电子传感器因其在智能软体机器人技术、可穿戴医疗诊断和人机交互方面的巨大潜力而引起了人们的关注。柔性电子传感器以信号传导的方式将外界压力刺激转化微电信号，并通过响应信号来反应外界压力大小从而实现高性能传感功能。柔性电子传感器能够帮助智能假肢和机器人获得触觉，进而可以像人类一样拥有触觉从而感知和理解复杂的环境。

2、通过引入各种微结构，来使得传感器获得更高的传感性能。常见的微结构包括锥型、金字塔型、半球形、圆柱形等，互锁组装后利用微结构之间的接触面积变化引起电阻的变化从而实现传感器的高灵敏度传感性能。然而，传统的互锁微结构只能检测互锁方向力的响应，无法检测横向多个力的大小和方向，检测方向单一。并且，由于垂直方向的力无法保持完全垂直施加在传感器上，传感器的精度和稳定性受到了挑战，这限制了柔性传感器的进一步应用和发展。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器、设备及计算机可读存储介质，可以解决现有技术中存在的传统的互锁微结构只能检测互锁方向力的响应，无法检测横向多个力的大小和方向，检测方向单一；并且由于垂直方向的力无法保持完全垂直施加在传感器上，传感器的精度和稳定性受到了挑战，这限制了柔性传感器的进一步应用和发展的技术问题。

2、第一方面，本申请提供了一种基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，包括上电极和下电极，所述上电极包括上基底以及开设于上基底底面的多个凹坑；所述下电极包括下基底以及凸设于所述下基底顶面的倒刺阵列，所述倒刺阵列以几何环中心环状阵列设置，所述倒刺阵列的所有倒刺单元的刺尖朝向所述几何环的中心轴；

3、多个所述凹坑在垂直方向上对应所述倒刺阵列，每个所述凹坑均可容设对应的所述倒刺单元。

4、结合第一方面，在一种实施方式中，所述倒刺阵列的倒刺单元以几何中心镜像设置。

5、结合第一方面，在一种实施方式中，所述上基底为单个基底或由多个上基底单元组合而成的上基底阵列。

6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述凹坑为规则凹坑和不规则凹坑中的一种或两者的组合。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述凹坑为1/5-2/3个球形凹坑。

8、结合第一方面，在一种实施方式中，所述倒刺单元的形状为勾状、月牙状或半月牙状。

9、结合第一方面，在一种实施方式中，所述倒刺单元的横截面形状为半圆形、半椭圆形、圆形、曲面、双曲面的一种或多种组合。

10、结合第一方面，在一种实施方式中，所述倒刺单元的刺尖和刺底之间的连线与下基底顶面之间具有倾斜角，所述倾斜角的度数范围为10°-170°。

11、结合第一方面，在一种实施方式中，所述环状为圆环、三角环、方环、多边形或者无规则几何环中的一种或多种组合。

12、结合第一方面，在一种实施方式中，还包括导电网络，所述导电网络为沉积在上基底阵列、倒刺阵列和下基底表面的导电材料电导通形成的导电通路，或者是掺杂在上基底阵列、倒刺阵列和下基底的内部和表面的导电材料电导通形成的导电通路。

13、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

14、本申请实施例提供的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，设计的倒刺阵列呈环状，且单独所有倒刺单元呈倾斜勾状，在受到垂直方向力的刺激响应时能够具有非常稳定的机械应力分布，同时能够识别出多个横向力的刺激响应的大小和方向，因此基于该倒刺阵列的柔性压力传感器具有良好的机械稳定性和多向感知能力，这解决了现有压力传感器无法稳定且有效地识别多个横向力的大小、方向和位置的问题；

15、同时上基底底面设置的凹坑，能够进一步增加倒刺阵列与上电极接触的稳定性以及检测范围，这给传感器带来了更高的稳定性和更宽的检测范围。

技术特征：

1.一种基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述倒刺阵列的倒刺单元以几何中心镜像设置。

3.如权利要求1所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述上基底为单个基底或为由多个上基底单元组合而成的上基底阵列。

4.如权利要求1所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述凹坑为规则凹坑和不规则凹坑中的一种或两者的组合。

5.如权利要求4所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述凹坑为1/5-2/3个球形凹坑。

6.如权利要求1所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述倒刺单元的形状为勾状、月牙状或半月牙状。

7.如权利要求1所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述倒刺单元的横截面形状为半圆形、半椭圆形、圆形中的一种或多种的组合。

8.如权利要求1所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述倒刺单元的刺尖和刺底之间的连线与下基底顶面之间具有倾斜角，所述倾斜角的度数范围为10°-170°。

9.如权利要求1所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，所述环状为圆环、三角环、方环、多边形或者无规则几何环中的一种或多种组合。

10.如权利要求2所述的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，其特征在于，还包括导电网络，所述导电网络为沉积在上基底阵列、倒刺阵列和下基底表面的导电材料电导通形成的导电通路，或者是掺杂在上基底阵列、倒刺阵列和下基底的内部和表面的导电材料电导通形成的导电通路。

技术总结本申请提供了一种基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，包括上电极、下电极，包括上电极和下电极，所述上电极包括上基底以及开设于上基底底面的多个凹坑；所述下电极包括下基底以及凸设于所述下基底顶面的倒刺阵列，所述倒刺阵列以几何环中心环状阵列设置，所述倒刺阵列的所有倒刺单元的刺尖均朝向所述几何环的中心轴。本申请实施例提供的基于环状倒刺阵列的柔性压力传感器，能够同时识别出多个横向力的刺激响应的大小和方向，具有良好的机械稳定性和多向感知能力；同时上基底底面分布的凹坑，给传感器带来了更高的稳定性和更宽的检测范围。技术研发人员：薛龙建,李刚,陈道兵,刘洪涛,张小龙,张凯杰受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1