当今,机器人已经深入到人类生活的诸多方面,其与人的交互过程中需要保持人的安全和舒适;如工业机器人与人体发生接触时快速准确地控制力的大小和方向,避免发生机械伤害事故;护理机器人工作过程要保证人体维持令人舒适的温度;服务机器人提供饮食服务时避免高低温伤害等。因此,需要各类型传感器集成于机器人外表,准确及时的感知交互对象的信息。人体皮肤中蕴藏多种感受器,可对环境压力、温度、湿度、光照等多种刺激做出灵敏的反应,从而使人精准、迅速、适时的与周围环境进行交互。为了模仿人体皮肤的触觉感知功能,研究者通过层层堆叠或平面铺展的方式集成多种类型传感器,或统一多个感知并集成到一种检测方法中,开发了多功能柔性电子皮肤,但传感器对于多信号的耦合现象明显,不利于机器人的控制。鉴于此,本文开发了一种在室温下低信号耦合的压力/温度双功能电子皮肤。主要研究工作如下:基于压阻传感器原理,以提高传感器的线性度与灵敏度为目标,设计了具有双层压阻膜、共面电极、半球-微金字塔阵列互锁结构的柔性压力传感器。通过有限元仿真,优化了金字塔阵列的高度、间距等结构特征参数。结合金属薄膜温度传感器原理,设计了盘状镍薄膜温敏电极,并通过层层堆叠的方式,集成构建了压力/温度双功能电子皮肤,其结构单元尺寸为14×13×1.2 mm~3。提出了该种电子皮肤完整制造工艺。采用硅各向异性刻蚀、PDMS反拷等制造工艺,制备了微金字塔阵列薄膜;通过喷涂工艺在PDMS微金字塔阵列薄膜上制备了厚约为20μm的双层压阻膜;采用热辐射辅助金属沉积工艺制备了表面布满褶皱的柔性半球电极。采用磁控溅射工艺制备镍薄膜柔性温度传感器,磁控溅射基底温度为30℃,膜厚220 nm,退火温度380℃,最后通过硅橡胶粘接和键合工艺完成压力/温度双功能电子皮肤的组装制备。对器件静态性能、动态性能、耦合特性进行测试与分析。实验结果表明:电子皮肤在0～100 k Pa内线性度误差为2.8%,灵敏度高达11.5 k Pa-1,响应时间为50 ms;在0～5 k Pa分辨率可达0.5 k Pa。镍薄膜温敏电极在20～100℃内线性度误差为1.5%,灵敏度为3.2×10-3℃-1。0～100 k Pa内压力引起的温度测量误差小于1℃,在25～45℃范围内,温度引起的压力测量误差可以忽略,实现了具有低信号耦合特性的压力/温度双功能电子皮肤。