可拉伸的“皮膚”傳感器，用視覺來衡量觸摸

觸覺感知能力，是機器人靈巧操控各種物體不可缺少的能力之一。市面上的大多數(shù)機械手都是通過機械化的方式，實現(xiàn)抓握和觸覺感知功能。而可拉伸的傳感器可以改變機器人的功能和感知方式，就像人的皮膚一樣柔軟敏感。

康奈爾大學(xué)的研究人員利用廉價的LED和染料創(chuàng)造了一種光纖傳感器，該傳感器可以精確檢測手指在做什么，這種能力可以徹底改變我們與虛擬現(xiàn)實中的模擬對象進(jìn)行交互的方式。

而這種可拉伸的皮膚狀材料，能夠檢測變形，包括壓力、彎曲和應(yīng)變。該傳感器可以參與實現(xiàn)軟性機器人系統(tǒng)應(yīng)用，并可能助力增強現(xiàn)實技術(shù)，因為軟性可穿戴傳感器可以讓增強現(xiàn)實用戶感受到與現(xiàn)實世界類似的感覺。

“ VR和AR的沉浸感基于運動捕捉，根本沒有觸摸。”從事手套工作的康奈爾大學(xué)工程學(xué)教授羅布·謝潑德(Rob Shepard)在一份聲明中說。

“比方說，您希望擁有一個增強現(xiàn)實仿真，該仿真教您如何修理汽車或更換輪胎。如果您戴著手套或可以測量壓力以及運動的東西，那么增強現(xiàn)實可視化可能會說：“轉(zhuǎn)動然后停止，這樣就不會擰得太緊?！? 目前沒有任何東西可以做到這一點，但這是做到這一點的途徑?！?

這種皮膚可以讓我們自己和機器以目前我們在手機中使用攝像頭的方式來測量觸覺互動，使用視覺來衡量觸摸。

該技術(shù)還有其他應(yīng)用，研究人員目前正致力于將該技術(shù)商業(yè)化，用于物理治療和運動醫(yī)學(xué)。他們的工作建立在之前Rob Shepherd實驗室創(chuàng)建的可拉伸傳感器工作的基礎(chǔ)上。

新的傳感器由光纖傳感器制成，可以根據(jù)光的光學(xué)路徑告訴每個手指如何移動。車載計算機將變形分類為有關(guān)您的手部活動的詳細(xì)數(shù)據(jù)。該手套使用一些基本且非常便宜的技術(shù)：用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃{(lán)牙，用于電源的鋰離子電池和多個LED。

“我們知道軟物質(zhì)可以以非常復(fù)雜的組合方式發(fā)生變形，并且同時發(fā)生了許多變形，”合著者Hedan Bai在聲明中說?！拔覀兿胍粋€可以將它們解耦的傳感器。”

早期的可拉伸傳感器技術(shù)出現(xiàn)于2016年，使用通過光波導(dǎo)和光電二極管發(fā)送的光來檢測光束強度的變化，以確定材料是否變形。

對于新項目，研究人員Hedan Bai從基于二氧化硅的分布式光纖傳感器中獲得靈感，該傳感器能夠檢測微小的波長變化，以此來識別多種屬性，包括濕度、溫度和應(yīng)變的變化。

然而，硅纖維與柔軟和可拉伸的電子產(chǎn)品不兼容，解決的辦法是制作一種用于多模態(tài)傳感的可拉伸光導(dǎo)(SLIMS)傳感器。

這是內(nèi)置一對聚氨酯彈性體芯子的管路，其中一個芯是透明的，另一個芯在多個位置填充了吸收染料，并連接到一個LED，每個芯都連接著一個紅綠藍(lán)傳感器芯片，能夠記錄光的光路的幾何變化。

雙核心設(shè)計增加了傳感器可用于檢測一系列變形的輸出數(shù)量，包括壓力、彎曲或伸長，它通過點亮作為空間編碼器的染料來指示變形。

該技術(shù)與一個數(shù)學(xué)模型相配合，能夠?qū)⒉煌淖冃谓怦?，并精確地確定它們的確切位置和幅度。這種傳感器可以使用分辨率較低的小型光電子器件工作，使其成本更低，更容易制造和集成到系統(tǒng)中。

這種傳感器還可以被整合到機器人的手部，例如VR/AR用戶的可穿戴手套中。

研究人員現(xiàn)在正在研究該技術(shù)是否可以用于物理治療和運動醫(yī)學(xué)。最大的希望可能是讓VR中的用戶與虛擬世界進(jìn)行令人信服的交互。