交互装置的制作方法

1.本发明涉及信息和能量等交互的技术领域，例如感知外界的信息、向外界传递和发送信息、从外界接收并存储能量、向内部或外界释放能量等，尤其涉及一种交互装置。


背景技术：

2.电子皮肤能够模拟、还原甚至取代机体皮肤，其和人体皮肤一样，具备感觉和触觉，能够感知不同外界压力温度等各种信息。电子皮肤能够应用到医学领域、智能拟人机器人领域等。
3.在公开的一份电子皮肤中，其由若干个设置在柔性基底上的电子感官单元组成，电子感官单元的主体是一个以电阻为负载并采用共源极接法的有源场效应晶体管，可同时实现触觉感官的测力功能、温度感官的测温功能和距离感官的测距功能。
4.现有的电子皮肤存在对外界的信息感应灵敏度低，可感应的信息种类少等问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种交互装置，以解决上述现有技术中电子皮肤等交互装置的灵敏度低、可感应的信息种类少等的技术问题。
6.本发明提供的交互装置，其包括基底以及设置在基底上的多个器件阵列；所述每个器件阵列包括多个呈阵列设置的多个器件单元以及将所述多个器件单元连接为网状的走线；每个器件阵列中的每个器件单元位于其他的一个或多个器件阵列中的走线限定的单元格内，且每个器件阵列中相邻的器件单元之间的走线在于其他的器件阵列中的走线的相交处绝缘。
7.其中，每个器件单元为形变传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、发光器件、储能单元、发电单元和通信单元中的一种。
8.其中，每个器件阵列中，多个器件单元为种类相同；或者，至少一个器件单元的种类与其他器件单元不同。
9.其中，多个器件阵列中的器件单元为相同种类；或者，至少一个器件阵列中的器件单元种类与其他的器件阵列中的器件单元的种类不同。
10.其中，所述基底为形变材料。
11.其中，所述基底的材质为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，或聚二甲基硅氧烷，或聚酰亚胺。
12.其中，所述基底上具有非形变区，所述非形变区包括器件单元所在区域。
13.其中，每个器件阵列中，多个器件单元排列为多行多列，呈矩阵设置；在行方向和/或列方向上，相邻的器件单元所在的非形变区之间的距离为100～200微米。
14.其中，每个器件阵列中，每个器件单元所在的非形变区为正八边形；每个器件单元所在的非形变区的边的长度为50～150微米。
15.其中，每个器件阵列中，相邻的两个器件单元之间的走线上至少具有第一区间，在
该第一区间内，所述走线的形状为非直线。
16.其中，所述第一区间内的走线形状为曲线，或多段线，或沿特定方向往复延伸形成的折叠走线。
17.其中，每个器件阵列中，连接相邻两个器件单元之间的走线，和将该两个器件单元所在单元格分隔的走线之间有且仅有一个相交处。
18.其中，多个器件阵列位于不同层，每个器件阵列和其他的器件阵列之间设置有隔离层；或者，至少两个器件阵列位于同层，在所述位于同层的器件阵列的走线相交处，其中的一个走线在另一走线的下侧或上侧穿过，且在二者相交处具有隔离部。
19.其中，所述交互装置包括第一基底和第二基底，所述第一基底和第二基底的第一面侧形成有所述多个器件阵列，所述第一基底和第二基底的第二面侧相接。
20.其中，每个器件单元位于所在单元格的中心。
21.其中，每个器件阵列的走线为单层或多层，每层的材质包括金、铝、银、ito和pedot中的任意一种。
22.其中，所述交互装置包括保护层，所述保护层形成在所述器件阵列的上方；所述保护层的材质为氮化硅、氧化硅、聚酰亚胺和亚克力中的至少一种。
23.其中，所述交互装置为电子皮肤。
24.本发明实施例提供的上述交互装置与现有技术相比具有如下优点：
25.本发明提供的交互装置，其在设置第一个器件阵列的基础上，通过将该第一个器件阵列的走线形成的单元格内设置第二个器件阵列的器件单元，同时，该第二个器件阵列的走线跨第一个器件阵列的走线，且二者在相交处绝缘设置，从而就实现了在交互装置上同时设置两个器件阵列，且避免第一个和第二个器件阵列之间产生信号的干扰。按照上述第二个器件阵列的设置方式，可以类似地依次设置第三个、第四个等更多个器件阵列，进而能够在交互装置上安装更多的器件阵列，提高交互装置中器件单元的设置密度，实现获得更好和更高的交互效果。例如，在检测温度、湿度、压力等外界信息时，可以获得更高的检测灵敏度和精度；在进行发光或显示信息时，可以获得更高的发光亮度、更高的显示分辨率和清晰度；在进行信息通信时，可以获得更好的通信质量和效果；在进行发电时，可以获得更大的发电量；在进行储能时，可以储存更多的能量。
附图说明
26.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例中的交互装置的示意图；
29.图2为具有两个器件阵列的交互装置的示意图；
30.图3为具有三个器件阵列的交互装置的示意图；
31.图4为不同器件阵列的器件单元的相对关系的示意图；
32.图5为不同器件阵列设置在不同层的第一种设置方式的示意图；
33.图6为不同器件阵列设置在不同层的第二种设置方式的示意图；
34.图7为不同器件阵列设置在同一层的第一种设置方式的示意图；
35.图8为不同器件阵列设置在同一层的第二种设置方式的示意图；
36.图9为具有双基底的交互装置的示意图。
37.图中：
38.10-基底；11-第一基底；12-第二基底；13-黏结层；
39.20、20a、20b、20c-器件阵列；21、21a、21b、21b1、21b2、21c-器件单元；22、22a、22a1、22b、22b1、22c-走线；23-保护层；
40.ba、ba1、ba2、ma、sa-单元格。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.下面结合附图对本发明提供的交互装置的实施例进行说明。
43.在本实施例中，交互装置用于和外界进行信息和/或能量的交互。具体例如，感知和检测外界的温度、湿度、气压等各种信息，将外界的太阳能等光能转换为电能和外界进行能量转移和转换，向外界发出光线用于照明或显示信息，从外界获取信号、向外界发送信号等进行信息传递。本实施例中的交互装置可以作为电子皮肤等产品形态出现。
44.参看图1和图2，本实施例提供的交互装置包括基底10以及设置在基底10上的多个器件阵列20。每个器件阵列20包括多个呈阵列设置的多个器件单元21以及将多个器件单元21连接为网状的走线22。
45.在本实施例中，每个器件单元21为形变传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器、发光器件、储能单元、发电单元和通信单元中的一种。其中，形变传感器例如可以检测交互装置的形变量；压力传感器可以检测外界的气压、液压，或者直接作用于交互装置的接触压力等；温度传感器可以以接触或者非接触的方式检测外界物体的温度；发光器件可以向外界发出光线，用于照明，或者发光器件可以呈阵列设置通过控制不同的发光器件的点亮和关闭，实现显示文字和画面等各种信息；储能单元能够从内部或外界接收能量并储存，以提供给内部或外界物体，例如储能单元直接从外界获取电能并储存，或者从内部的发电单元中接收电能并储存，所储存的电能可以供给给交互装置内部的其他器件单元21或者输出给外界；发电单元可以例如以光电转换的方式接收外界的光能或者将其他的能量来源并将其转换为电能，所转换的电能可以由储能电源储存；通信单元可以向外界发出信号和/或从外界接收信号等。
46.对于一个器件阵列20而言，其呈阵列设置的多个器件单元21，可以均为上述的同一种类型的器件，也可以分别为不同类型的器件。在一个器件阵列20中的多个器件单元21均为同一类型的器件时，例如，均为压力传感器，此时可以获得较高的压力检测灵敏度。在一个器件阵列20中的多个器件单元21为不同类型的器件时，可以是每个器件单元21的种类与其他的器件单元21的种类均不同，即一个器件阵列20中不存在两个同种类的器件单元
21；也可以是有部分的器件单元21为同种类的器件，而有一个或多个器件单元21的种类与其他器件单元21不同。例如在一个器件阵列20中，不仅包括压力传感器，还包括温度传感器、湿度传感器、发光器件、发电单元等，这种情况下，该器件阵列20就可以实现更多的功能。
47.对于交互装置中的多个器件阵列20而言，不同器件阵列20中的器件单元21可以均为相同种类；和上述类似，这样设置可以在某一项功能上获得更高的灵敏度和精度。当然，也可以有至少一个器件阵列20中的器件单元21种类与其他的器件阵列20中的器件单元21的种类不同。
48.在图2所示结构中，连接在四个器件单元21之间的走线22可以围成一个四边形的单元格(更具体地的是矩形)，一个器件阵列20包括上述的多个单元格。在交互装置的其他实施例中，每个单元格还可以是其他的形状，例如三角形、五边形或更多的多边形，而一个器件阵列20中包括的单元格的形状，也不限于一种形状，可以包括多种形状的组合。
49.每个器件阵列20中的每个器件单元21位于其他的一个或多个器件阵列20中的走线22限定的单元格内，且每个器件阵列20中相邻的器件单元21之间的走线22在与其他的器件阵列20中的走线22的相交处绝缘。
50.在交互装置具有两个器件阵列20的情况下，以图2所示为例，第一个器件阵列20a的及走线22a形成多个单元格ba，该单元格ba为图2所示的交互装置中最大的单元格，第一个器件阵列20a的器件单元21a位于该单元格ba的角处的节点上。第二个器件阵列20b的每个器件单元21b设置在该单独由第一个器件阵列20a的走线22a所形成的单元格ba内。同时，第二个器件阵列20b中，与位于一个单元格ba内的器件单元21b连接的走线22b将该单元格ba分割为四个小的单元格sa，该单元格sa为图2所示的交互装置中最小的单元格。
51.在交互装置具有三个或更多个器件阵列20的情况下，以器件阵列20的数量是三个为例，结合图3所示的实施例，第一个器件阵列20a的走线22a形成多个单元格ba，该单元格ba为图3所示的交互装置中最大的单元格，第一个器件这列20a的器件单元21a位于该单元格ba的角处的节点上。第二个器件阵列20b的每个器件单元21b设置在该单独由第一个器件阵列20a的走线22a所形成的单元格ba内。同时，第二个器件阵列20b中，与位于一个单元格ba内的器件单元21b连接的走线22b将单元格ba切割划分为四个较小的单元格ma，该单元格ma为图3所示交互装置中稍小于单元格ba，但并不是图3所示交互装置中最小的单元格。每个单元格ma由第一个器件阵列20a的走线22a和第二个器件阵列20b的走线22b共同形成。第三个器件阵列20c的每个器件单元21c设置在该由第一个器件阵列20a的走线22a和第二个器件阵列20b的走线22b所形成的单元格ma内。同时，第三个器件阵列20c中，与位于一个单元格ma内的器件单元21c连接的走线22c将单元格ma分割划分为四个更小的单元格sa，该单元格sa为图3所示的交互装置中最小的单元格。该最小的单元格sa由走线22a、走线22b和走线22c中的两个或三个组合形成。
52.在图3中，三个器件阵列20a、20b、20c中的器件单元21以不同的形状表示，是为了便于区分，而不表示三个器件阵列20a、20b、20c中的器件单元21的种类必然地不同。同时，为了简洁，在图3中，对于各走线22，均以直线表示，但实际中走线22可以是后续描述的各种形状。
53.上述图2所示的实施例中，第二个器件阵列20b的走线22b将每个单元格ba分割为
大致相等的四个单元格sa。在图3所示的实施例中，第二个器件阵列20b的走线22b将每个单元格ba分割为大致相等的四个单元格ma；每个单元格ma放置一个器件单元21c，而与该器件单元21c连接的走线22c又将该单元格ma分割为大致相等的四个单元格sa。需要指出的是，上述设置不构成对本发明实施例的限制，在实施本发明的方案时，每个大的单元格可以被分割为不等的四个或其他数量的更小的单元格，同时，在这些大小不等的更小的单元格中，并不一定在其中的每个单元格内均设置器件单元21，例如，可以仅在面积较大的单元格内设置器件单元。
54.本实施例提供的交互装置，其在设置第一个器件阵列20的基础上，通过将该第一个器件阵列20的走线22形成的单元格内设置第二个器件阵列20的器件单元21，同时，该第二个器件阵列20的走线21跨第一个器件阵列20的走线21，且二者在相交处绝缘设置，从而就实现了在交互装置上同时设置两个器件阵列20，且避免第一个和第二个器件阵列20之间产生信号的干扰。按照上述第二个器件阵列20的设置方式，可以类似地依次设置第三个、第四个等更多个器件阵列20，进而能够在交互装置上安装更多的器件阵列20，提高交互装置中器件单元21的设置密度，实现获得更好和更高的交互效果。例如，在检测温度、湿度、压力等外界信息时，可以获得更高的检测灵敏度和精度；在进行发光或显示信息时，可以获得更高的发光亮度、更高的显示分辨率和清晰度；在进行信息通信时，可以获得更好的通信质量和效果；在进行发电时，可以获得更大的发电量；在进行储能时，可以储存更多的能量。
55.在本实施例中，基底10可以为形变材料。形变材料制成的基底10能够在外力的作用下发生一定程度的变形或自由变形，这样在应用于例如电子皮肤等类型的产品时，能够满足产品在不同状态之间变换、具有多种形态的要求。具体地，基底10的材质为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs，styrene ethylene butylene styrene)，或聚二甲基硅氧烷(pdms，polydimethylsiloxane)，或聚酰亚胺(pi，polyimide)。
56.在一个实施例中，基底10上具有非形变区，所述非形变区包括器件单元21所在区域。将器件单元21设置在基底10上的非形变区，可以在基底10在外力作用下产生形变时避免对器件单元21的正常工作和功能实现产生干扰和破坏，保证器件单元21能够正常工作。
57.设置在基底10上的非形变区，可以通过对弹性材料等可形变材料制成的基底10表面进行特定工艺处理实现。通过对弹性材料进行表面工艺处理，降低表面的弹性模量，使所形成的非形变区在基底10被拉伸、挤压、变形、扭曲等形变状态下维持其所在区域的表面形态，是已知的现有技术，不再赘述。
58.参看图4，并结合上述图2和图3，就每个器件阵列20而言，其多个器件单元21排列为多行多列，呈矩阵设置。在行方向上，或在列方向上，或者在该行和列的两个方向上，相邻的器件单元所在的非形变区之间的距离l2可以为100～200微米。在每个器件阵列20中，每个器件单元21所在的非形变区可以为正八边形；每个器件单元21所在的非形变区的边的长度l1可以为50～150微米，该长度为l1的边可以用于连接走线22。
59.参看图2、图3和图4，每个器件单元21可以位于所在单元格的中心。在基底10为可形变的弹性基底，交互装置的产品形态体现为电子皮肤时，这样设置便于设计基底10上每个区域的弹性形变幅度，以满足不同的形变状态下的要求，防止基底10被损坏。但在其他的实施例中，每个器件单元21也可以不位于所在单元格的中心位置。
60.在一个实施例中，每个器件阵列20中，相邻的两个器件单元21之间的走线22上至
少具有第一区间，在该第一区间内，走线22的形状为非直线。
61.如图2所示，就节点m和节点n所在的走线22的一段(两个器件单元21之间)而言，其位于节点m和节点n之间的区间内，其整体是不呈现为直线状，且在该区间的部分区段，走线22具有沿某一个方向延伸并折返往复形成的折叠走线。在基底10在外力作用下发生形变时，该部分折叠走线可以被拉动展开，从而可以在形变的状态下维持两个器件单元21之间的有效连接。具体地，走线22可以采用具有一定延展性的材料制成，如此设置，走线22通过自身的延展在被外力拉动的情况下更好地、更可靠地实现器件单元21之间的有效连接。
62.在其他的实施例中，上述第一区间(例如节点m和节点n之间的区间)内的走线形状为曲线，或多段线，或沿特定方向往复延伸形成的折叠走线。一般地，只要该第一区间内的走线22不是直线状结构，在受到外力时，走线22就能够通过被拉动变换为直线提供一定的可延展的空间，在基底10的变形幅度不超过该可与延展的幅度范围内时，保障两个器件单元21之间的有效连接。
63.每个器件阵列20中，连接相邻两个器件单元21之间的走线22，和将该两个器件单元21所在单元格分隔的走线22之间有且仅有一个相交处。如图2所示，图2中具有单元格ba1、ba2。走线22a1为两个单元格ba1、ba2共同的边，也就是将该两个单元格ba1、ba2分隔的走线。单元格ba1、ba2内分别设置有器件单元21b1、21b2，走线22b1为连接两个器件单元21b1、21b2的走线。从图2中可以看出，走线22b1和走线22a1之间仅有一个相交点。这样设置，有助于简化走线22之间的结构，更方便地实现二者的相交且绝缘。在本实施例中，为实现这一点，在两个走线22的相交处不设置如图2所示的折叠走线结构，在两个走线22的相交处，每个走线22的形状可以为直线状或弧线状，且如图2所示，优选为直线状。
64.在两个走线22的相交处，将每个走线22的形状不设置为折叠走线结构，还可以在该走线22的相交区域，限制走线22及基底10的形变量，避免走线22和基底10的形变对走线22相接的区域产生不良影响，破坏走线22相接处的结构。
65.参看图1，交互装置包括保护层23，保护层23形成在器件阵列20的上方；保护层23的材质为氮化硅、氧化硅、聚酰亚胺和亚克力中的一种或者多种的组合。保护层23可以将器件阵列20与其他结构和外界之间隔离，同时还能够对器件阵列20提供保护。
66.在一个实施例中，多个器件阵列20位于不同层，每个器件阵列20和其他的器件阵列20之间设置有隔离层。该隔离层可以为一层基底10的结构，或者也可以为一层保护层23的结构，分别如图5和图6所示。
67.在另一个实施例中，交互装置的至少两个器件阵列20位于同层(在器件阵列20的数量在三个以上的情况下，可以是全部的器件阵列20位于同层)，在位于同层的器件阵列20的走线22相交处，其中的一个走线22在另一走线22的下侧穿过，形成类似于城市交通体系中的地下通道结构，如图7所示。或者，还可以是其中的一个走线22在另一走线22的上侧穿过，形成类似于城市交通体系中的过街天桥结构，如图8所示。在此基础上，进一步在两个走线22相交处设置隔离部，将二者隔离，可以保证两个走线22之间绝缘。该隔离部可以为一层基底10结构，或者为一层保护层23结构，分别如图7和图8所示。
68.在一个实施例中，交互装置可以包括第一基底11和第二基底12，如图9所示，第一基底11和第二基底12的第一面侧(即图9中第一基底11的上侧和第二基底12的下侧)形成有多个器件阵列20，第一基底11和第二基底12的第二面侧(即图9中第一基底11的下侧和第二
基底12的上侧)相接。在该实施例中，第一基底11和第二基底12上分别形成有多个器件阵列20，其二者本身相当于一个前述的完整过的交互装置，而在本实施例中，二者相接在一起并作为一个整体的交互装置，可以使该交互装置具有更多的器件阵列20，从而能够获得更好的交互效果。具体地，第一基底11和第二基底12之间可以通过黏结层13以黏结的方式相连接。
69.在一个实施例中，每个器件阵列20的走线22为单层或多层，每层的材质包括金、铝、银、ito和pedot中的任意一种。在走线22为多层结构时，相邻的两层走线之间设置层间绝缘层，以保证彼此之间绝缘。
70.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。
71.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。