康奈尔大学用可伸缩分布式光纤传感器研制低成本触觉手套
SLIMS传感器能够检测诸如压力、弯曲和应变等变形，并精确它们的位置和大小
（映维网 2020年11月16日）康奈尔大学的研究人员日前发明了一种结合低成本发光二极管和染料的光纤传感器，并带来成一种可以检测压力、弯曲和应变等变形的可伸缩“皮肤”。这种传感器可以用于机器人系统和XR等领域，并为其提供人类在自然界生存所依赖的丰富触觉感受。
名为“Stretchable Distributed Fiber-Optic Sensors（可伸缩分布式光纤传感器）”的论文已经发表在《科学》期刊。
SLIMS传感器能够检测诸如压力、弯曲和应变等变形，并精确它们的位置和大小。
这个项目是以工程学院机械与航空航天工程副教授罗博·谢菲尔德（Rob Shepherd）的有机机器人实验室（Organic Robotics Lab）在2016年制造的可伸缩传感器作为基础。其中，光通过光导纤维发送，而光电二极管则检测光束强度的变化，从而确定材料何时变形。在那之后，这个谢菲尔德的实验室开发了多种类似的感官材料，如光学蕾丝和泡沫。
对于本文介绍的新项目，研究人员借鉴了基于二氧化硅的分布式光纤传感器。作为说明，基于二氧化硅的分布式光线传感器可以检测微小的波长偏移，可作为识别多种特性的方法，如湿度、温度和应变的变化。但是，二氧化硅分线不兼容柔性和可拉伸的电子产品。另外，智能柔性系统同样带来了自身的结构性挑战。
研究小组表示：“我们知道柔性物质可以以一种非常复杂的、组合的方式变形，而且同时会出现大量的变形。我们需要一种可以将其分离开来的传感器。”
团队的解决方案是开发一种可伸缩的多模式传感光波导（Stretchable Lightguide for Multimodal Sensing；SLIMS）。这种波导包含一对聚氨酯弹性体芯。一个体芯为透明；另一个则在多个位置填充吸收染料，并连接到一个LED。每一个体芯都与一个红绿蓝传感器芯片相接，以记录光路中的几何变化。
双芯设计增加了输出的数量，而通过所述输出，传感器可以通过点亮充当空间编码器的染料来检测到一系列的变形，如压力、弯曲或伸长。研究人员同时将这项技术与一个可以解耦或分离不同变形并精确其位置和大小的数学模型相结合。
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