0050]进一步的，所述柔性传感器中支撑层I和敏感层2的整体厚度小于70 μ m，特别是所述柔性传感器的整体厚度小于70 μ m，因此也可认为是一种超薄柔性传感器。
[0051]本实施例的柔性传感器可以通过如下方法制作，包括:
[0052]S1、制作可形成非平面结构的模板
[0053]本实施例利用MEMS加工制造技术中的光刻、刻蚀等工艺制作出具有微结构的模板(优选4寸硅晶片)。先将硅晶圆表面进行洁净处理，再旋涂光刻胶、前烘、光刻、显影、后烘，最后利用刻蚀将图形转移到硅晶圆，得到具有微结构的模板，具体制备方法如下:
[0054]1、制板
[0055]通过设计论证后利用做图软件绘制图纸，单纯的增加图案的宽度和高度都有利于器件灵敏度的提高，但综合后，微图案优选为金字塔结构，塔底面为ΙΟμπιΧΙΟμπι的正方形，侧面与底面的夹角为54.7°，塔顶到底面的距离为7.06 μπι。按照图纸的尺寸去做掩模板。
[0056]2、准备4寸硅晶圆
[0057]硅晶圆采用4寸单面抛光，单面300nm热氧化S1jl硅晶圆，MOS级丙酮、去离子水分别超声15分钟，然后MOS级乙醇超声10分钟后吹干，接下来105°C烘干10分钟。
[0058]3、图形化光刻胶
[0059]a、甩胶:在准备好的4寸硅晶圆表面旋涂6-7 μπι光刻胶，优选AZ4620，预转速500rpm时间6s，旋涂转速400rpm时间30s ；
[0060]b、前烘:在 95°C下前烘，210s ;
[0061]c、曝光:使用MA6接触式光刻机，在低真空模式下曝光24s ；
[0062]d、显影:所用显影液的配比为四甲基氢氧化铵:去离子水=1:8，显影时间95s ;
[0063]e、后烘:后烘 95°C，180s。
[0064]4、图形转移至娃晶圆
[0065]a、去胶:等离子体去胶机去除显影后残留的光刻胶胶膜；
[0066]b、干法刻蚀:使用反应离子刻蚀(RIE)去除图形化的S1jl，时间6分钟
[0067]C、湿法定向刻蚀:用30% KOH溶液在78°C下刻蚀9分钟，最终在硅晶圆表面形成反四棱锥结构。
[0068]S2、在模板上形成敏感层
[0069]接着在模板上覆盖一种高分子聚合物(如聚二甲基硅氧烷)使之均匀形成一层很薄(优选厚度为50 μπι)的薄膜。
[0070]S3、在敏感层上形成一层支撑层
[0071]再在上述薄膜表面无缝无气泡(有气泡、缝隙的情况也包括在里面)地形成一层高透明高柔性的超薄PE (聚乙烯)薄膜(厚度优选为12 μπι)。
[0072]S4、热处理，将固化后的敏感层和支撑层从模板上剥离
[0073]再在真空加热环境下处理一段时间(优选2?3h)后等到上述液体高分子聚合物PDMS薄膜完全固化，同时和PE膜也完全融为一体，接下来把固化的高分子聚合物薄膜从硅晶片模板表面剥离下来，从而就把硅晶片模板上的微图案复形到PDMS柔性薄膜上制备出具有金字塔型微结构的薄膜，该薄膜整体厚度〈70 μ m，
[0074]S5、分别于敏感层的上端面以及支撑层的下端面形成上电极层和下电极层各引出(如粘压、焊接等，本实用新型优选粘压)，一条柔性电极(如约0.08mm厚兼顾柔性和韧性的导电无纺布，直径约0.1mm漆包线组成的、约20μπι厚且带有压敏胶粘剂的扁平铜箔胶带，柔韧超薄(10 μπι厚)的铜箔，优选柔韧的、约0.08mm厚的导电无纺布)。
[0075]最后覆盖一层薄(厚度〈10 μ m)保护层(优选PDMS)。
[0076]再请参阅图2所示是利用该柔性传感器构建的一种结肠内窥镜机器人系统，其包括柔性传感器A、执行模块B、数据处理模块C和显示模块D，该系统可以通过传感器感知、信号发射、信号处理及反馈、命令及执行过程，实现窥镜机器人的智能化移动、探测等操作。
[0077]更具体的，在工作时，柔性传感器用以采集外界的压力信号；数据处理模块对采集的压力信号进行分析处理，并下达操作命令，执行模块执行任务。
[0078]其中，前述各模块可组成闭环系统，以提高机器人系统控制精度。另外，在该系统中还可包含有线和/或无线通信模块，实现人机的本地、远程智能交互。
[0079]更进一步的，所述柔性传感器可以结合在窥镜机器的机器蛇上，通过所述传感器中敏感材料采集的信号发射到数据处理模块(控制系统)上，控制系统即可做出反馈，指示机器人下一步的操作程序，而经过滤波、放大、A/D转换等电路处理后的信号还可以发射到终端显示仪上，根据显示器上出现振幅、频率等信号，提取碰壁面积、冲击力等特征性参数信息，进而分析得到更有效的数据。
[0080]请参阅图3，将该柔性传感器件贴附在机器蛇(执行模块)上，连接好电路，加上一个小电压(优选2-5V)通过敏感材料采集的信号发射到控制器上，控制系统即可做出反馈，指示机器蛇下一步的操作程序。而经过滤波、放大、A/D转换等电路处理后的信号还可以发射到终端显示仪(显示模块)上，根据显示器上出现振幅、频率等信号，提取碰壁面积、冲击力等特征性参数信息，进而分析得到更有实战性的数据。请参阅图4是“穿衣”机器人在受到不同大小压力下的信号曲线。
[0081]本实用新型将柔性传感器用于结肠内窥镜机器人，可以结合人体结肠弯曲模型和压力传感器的输出信号，为机器人位置控制提供反馈信息，构建位置闭环系统，提高机器人位置控制精度，从而实现对人体结肠的无痛、无创检查和微创治疗等人机交互操作过程。
[0082]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0083]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于包括柔性敏感层，所述柔性敏感层的上、下端面上分别形成有上、下电极层，并且所述柔性敏感层的上、下端面中的至少一者具有非平面结构，同时所述柔性敏感层与上电极层或下电极层之间还设置有柔性支撑层，所述柔性敏感层与柔性支撑层的厚度之和小于70 μ m。2.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述柔性敏感层的厚度为2?50 μ m。3.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述非平面结构包括复数个相对凸起部和/或相对凹下部。4.根据权利要求3所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述非平面结构包括复数个凸伸的锥体，所述锥体的底面为ΙΟμπιΧΙΟμπι的正方形，侧面与底面的夹角为54.7°，锥体高度为7.06 μ m。5.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述柔性传感器的整体厚度小于70 μ m。6.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述上电极层或下电极层上还引出有柔性电极，所述柔性引出电极包括导电无纺布、厚度在20μπι以下的扁平铜箔胶带或厚度在10 μ m以下的铜箔。7.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述上电极层和/或下电极层上还覆盖有保护层。8.—种机器人，其特征在于包含权利要求1-7中任一项所述的柔性传感器。9.一种窥镜机器人，其特征在于包含权利要求1-7中任一项所述的柔性传感器以及数据处理模块、执行模块和显示模块，所述柔性传感器、执行模块和显示模块分别与所述数据处理模块连接。10.根据权利要求9所述的窥镜机器人，其特征在于所述柔性传感器与数据处理模块之间还连接有滤波模块、信号放大模块、A/D转换模块中的任一种或两种以上的组合。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于窥镜机器人的柔性传感器，其包括柔性敏感层，所述柔性敏感层的上、下端面上分别形成有上、下电极层，并且所述柔性敏感层的上、下端面中的至少一者具有非平面结构，同时所述柔性敏感层与上电极层或下电极层之间还设置有柔性支撑层，所述柔性敏感层与柔性支撑层的厚度之和小于70μm。本实用新型还提供了一种机器人，特别是一种窥镜机器人。本实用新型的柔性传感器具有高灵敏度、高稳定性、低检测限、低成本和优异的弯曲柔韧性能，能够与不同结构的机器人良好结合，进一步的，由所述柔性传感器构建的机器人还可实现智能化移动、探测等操作，以及实现良好的人机智能交互，进而精确、高效、安全、舒适、实时的实现临床检测。
【IPC分类】A61B1/00
【公开号】CN204863062
【申请号】CN201520420095
【发明人】张珽, 于文秀, 秦素洁, 熊作平, 王学文, 谷文
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年6月17日