【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于外界刺激感知工程領域，具體涉及一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件。
技術介紹
1、我們的人體皮膚有大量的感受器來感受外部環境帶給人的刺激，包括快速感受器、慢速感受器等。當前也有各種形形色色的電子皮膚可以代替人體感受一些外部的刺激并做一些基礎的反饋。但是電子皮膚與人體不同，人體的神經網絡單元十分龐大以至于我們可以更好去處理自身的感知、行為，也正是因為如此電子皮膚的功能可以被不斷發掘。于是如何采用電子皮膚來真正代替人體皮膚必然躲不開神經元感知原理的深度研究。
技術實現思路
1、針對上述
技術介紹
中的問題，本專利技術提供一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，可以同時實現可塑特性與敏化特性的模擬，即可以同時完成痛覺可塑性與傷害敏感度的調控，賦予類人機器人更加敏銳的感知能力與傷害刺激預防能力。
2、本專利技術通過離電傳感器與突觸晶體管的匹配可以模擬人體皮膚在不同壓力刺激下的信號輸出，從而實現中樞致敏的感知，即可塑特性的模擬；通過lm傳感器與突觸晶體管的匹配可以模擬人體皮膚發生傷害刺激與恢復的過程，從而實現外周致敏的模擬，即敏化特性的模擬。通過離電傳感器、lm傳感器、突觸晶體管的配合使用，充分發揮離電傳感器、lm傳感器、突觸晶體管各自的特點，同時實現了可塑特性和敏化特性的模擬，可以賦予類人機器人敏銳的感知能力與傷害刺激預防能力。
3、本專利技術采用的技術方案如下：
4、一、一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件>
5、包括：
6、突觸晶體管，所述突觸晶體管為n型雙電層晶體管；
7、離電傳感器，所述離電傳感器同樣是基于雙電層理論的傳感器，與所述突觸晶體管的柵極串聯，通過調控柵極電壓繼而間接實現突觸刺激興奮電流epsc的調控；
8、lm傳感器，所述lm傳感器表面設置有四條并聯的獨立金屬通道，每條獨立金屬通道均串聯有一個100kω的固定電阻，四條獨立通道整體與突觸晶體管的源漏極串聯，用于直接實現突觸刺激興奮電流epsc的調控。
9、所述突觸晶體管的柵介質處采用的電解質材料為殼聚糖材料，溝道層采用氧化物半導體。
10、所述離電傳感器包括依次連接的pi層、au導電層、pva-h3po4離子層、au導電層、pi層。整體微結構加之雙電層的存在是離電傳感器量程大、靈敏度高的主要原因。
11、所述離電傳感器的制備方法為：
12、(1)配置pva-h3po4溶液
13、將pva顆粒與去離子水混合后放至磁力攪拌機攪拌(磁力臺面溫度控制為110℃、轉速控制為600轉/分)，直至溶液呈現透明狀后停止攪拌；然后等待溶液溫度降至常溫后加入h3po4溶液攪拌2小時后制成pva-h3po4溶液，將制成的pva-h3po4溶液放入離心機中離心以完全去除氣泡，完成pva-h3po4溶液的制備；
14、(2)裁取固定尺寸的砂紙放至培養皿中，采用水溶膠使得砂紙與培養皿緊貼，取15ml制備的pva-h3po4溶液緩慢少量倒入培養皿中，倒入后在常溫下自然固化48小時后翻模，將制得的pva-h3po4離子薄膜與砂紙分離；所述的倒膜砂紙為10000目韓國鷹斧牌砂紙；
15、(3)將柔性聚酰亞胺膜即pi膜放入磁控濺射儀中濺射噴金處理制備au電極，然后采用激光切割機切割固定的尺寸以供測試；
16、(4)pva-h3po4離子薄膜夾在au電極之間，采用pi膜進行絕緣封裝，完成離電傳感器的制備。
17、所述的lm傳感器包括基底層lm層，lm層表面設置多條獨立的液態金屬通路，液態金屬通路表面澆筑由聚二甲基硅氧烷構成的聚二甲基硅氧烷層；所述聚二甲基硅氧烷層的厚度為400微米；
18、所述lm層的材料為均勻混合的egain材料和聚二甲基硅氧烷。
19、所述lm傳感器的制備方法為：
20、(1)配置10:1的聚二甲基硅氧烷溶液，然后按ga與in為3:1的比例配置egain材料，將egain材料與聚二甲基硅氧烷溶液以1:1的比例均勻混合后倒入固定模具，利用旋涂儀使其分散均勻，設溶液與模具的接觸面為a面，然后放入溫度為60℃的烘箱中固化半小時取出后翻模，在底部a面沉積有egain材料，將上下面反轉放置，使a面朝上，從而完成lm層的制作；
21、(2)在基底層lm層的a面貼附激光切割好的絕緣模板，然后將gain液態金屬刷到絕緣模板上，反復均勻涂刷多次以保證液態金屬通路層獨立成形，再利用導電膠將液態金屬通路層引出；
22、(3)在液態金屬通路層表面澆筑制備的聚二甲基硅氧烷溶液，然后將樣品放入溫度為60℃的烘箱中烘干20分鐘后取出，完成lm傳感器的制作。
23、二、采用上述器件的可塑-敏化感知方法
24、包括以下感知過程：
25、1)模擬皮膚不發生損傷時的受力刺激：
26、液態金屬通道未被切割，即模擬的人體皮膚敏感度為正常狀態，外界對離電傳感器施加力f，離電傳感器在受力后阻值減小，突觸晶體管的柵電極電壓增大，突觸晶體管的突觸興奮電流epsc增大，源漏兩端外部電路的等效電阻為25kω；
27、2)模擬皮膚發生損傷時的受力刺激：
28、液態金屬通道及基底層lm層被切割后，通過基底層lm層切割位置的液態金屬使切割后的多條液態金屬通道之間相互連通，通路電流無需經高電阻而通過液態金屬通路直接導通，使得源漏兩端外部通路的等效電阻減小至2.5ω；
29、外界對離電傳感器施加同樣的力f，突觸晶體管的突觸興奮電流epsc將增大至割傷前的2.5倍；
30、3)模擬皮膚損傷后逐漸恢復的過程；
31、基底層lm層發生傷害刺激后即被切割后的表面直接與外界接觸，基底層lm層中的egain材料與空氣接觸后被氧化，從而lm層表面形成氧化膜ga2o3，氧化膜的逐步形成使切割所連通的通路逐漸斷開，斷開過程表現為通路的等效電阻逐漸增大恢復到切割前的初始電阻。
32、通過突觸晶體管的突觸興奮電流epsc表征皮膚所受的刺激大小；
33、通過離電傳感器模擬皮膚受壓的狀態；
34、通過對液態金屬通道進行切割以模擬皮膚發生損傷的狀態。
35、本專利技術的有益效果：
36、本專利技術基于突觸晶體管的外周-中樞敏化觸覺感知器件，充分發揮了突觸晶體管的可塑特性，結合離電傳感器與lm傳感器各自的優勢，不但可以增強感知器件的可塑性，而且可以同時實現可塑特性和敏化特性的模擬，突破了電子皮膚無法預知傷害刺激的限制，可以較好的模擬電子皮膚發生外部傷害刺激及恢復的過程，賦予類人機器人在應對有害刺激更為敏銳的感知能力與傷害刺激預防能力。
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1.一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：包括突觸晶體管，所述突觸晶體管為N型雙電層晶體管；
2.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：所述突觸晶體管的柵介質處采用的電解質材料為殼聚糖材料，溝道層采用氧化物半導體。
3.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：所述離電傳感器包括依次連接的PI層、Au導電層、PVA-H3PO4離子層、Au導電層、PI層。
4.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于，所述離電傳感器的制備方法為：
5.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：所述的LM傳感器包括基底層LM層，LM層表面布置多條獨立的液態金屬通路，LM層表面澆筑有覆蓋液態金屬通路的聚二甲基硅氧烷層。
6.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：
7.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中
8.采用權利要求1～7任一所述器件的可塑-敏化感知方法，其特征在于，包括以下感知過程：
9.根據權利要求8所述的可塑-敏化感知方法，其特征在于，
...【技術特征摘要】
1.一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：包括突觸晶體管，所述突觸晶體管為n型雙電層晶體管；
2.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：所述突觸晶體管的柵介質處采用的電解質材料為殼聚糖材料，溝道層采用氧化物半導體。
3.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于：所述離電傳感器包括依次連接的pi層、au導電層、pva-h3po4離子層、au導電層、pi層。
4.根據權利要求1所述的一種基于雙電層理論的外周-中樞敏化觸覺感知器件，其特征在于，所述離電傳感器的制備方法為：
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳化平，蔡偉飛，閆宇，朱佳俊，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：
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