一直以來，對于智能機(jī)器人的改進(jìn)都是科學(xué)家致力探索的重要方向。對于智能機(jī)器人的傳感部分來說，智能傳感器對于機(jī)器人的機(jī)動性、適應(yīng)性和智能化水平具有重要作用，人類的感受系統(tǒng)對外部世界信息的感知之精巧，也一直是人工智能發(fā)展方向的重要參照。

近日，康奈爾大學(xué)的研究人員就發(fā)明了一種光纖傳感器，它將低成本的發(fā)光二極管和染料結(jié)合在一起，形成了一種可伸縮的“皮膚”，可以檢測壓力、彎曲和應(yīng)變等變形。這種傳感器可以讓柔軟的機(jī)器人系統(tǒng)——以及任何使用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的人——都能感受到哺乳動物在自然界中所依賴的豐富的觸覺感受。

事實上，該項目建立在2016年Shepherd‘s Organic Robotics Lab早期制造的可伸縮傳感器上，其中光線通過光導(dǎo)纖維發(fā)送，光電二極管檢測到光束強(qiáng)度的變化，以確定材料是否變形。

這種分布式光纖傳感器已用于監(jiān)測橋梁、道路和建筑物等剛性基礎(chǔ)設(shè)施中的機(jī)械變形，但這種分布式光纖傳感器也有其局限——要么僅限于測量一個變量，要么需要復(fù)雜的光學(xué)元件來測量多種特性。

而對于新項目，研究人員則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。

在研究中，研究人員還通過一個可伸展的DFOS集成無線手套進(jìn)一步演示了多位置解耦和多模式變形解耦，該手套可同時重新配置所有類型的手指關(guān)節(jié)運動和外部按壓，僅需一個實時傳感器。

對于未來來說，這種傳感器顯然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。時下，研究人員正致力于將該技術(shù)商業(yè)化，用于物理治療和運動醫(yī)學(xué)。

其研究結(jié)果“可伸縮分布式光纖傳感器”，已發(fā)表在11月13日的《科學(xué)》雜志上。

責(zé)任編輯：xj