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据美国康奈尔大学官网报道，该校科学家开发出一款光纤传感器，它将低成本LED和染料结合到一起，带来一种可拉伸的“皮肤”，可以检测到压力、弯曲和应变。
研究背景
触觉感知能力，是机器人灵巧操控各种物体不可缺少的能力之一。目前市面上绝大多数的机器手都是通过机械化的方式，实现抓握和触觉感知功能。可是，这样做不仅僵硬刻板，并且非常容易损伤抓握对象。不夸张地说，可拉伸的传感器可以改变机器人的功能和感知方式。美国康奈尔大学设计的柔性机器人手，它采用可拉伸的弹性光波导作为感知弯曲、伸展与力量的传感器，能够抓握并感知各种形状与材质的物体。例如，这种假肢手可触摸三个西红柿，感知其柔软度，从而判断其成熟程度。
A. 假肢手结构和组件示意图；B. 安装在机器人手臂上的假肢手。
创新要点
美国康奈尔大学的研究人员创造出一款光纤传感器，它将低成本LED和染料结合到一起，带来一种可拉伸的“皮肤”，这种皮肤可以检测到压力、弯曲和应变。这款传感器将使软体机器人系统（以及任何使用增强现实技术的人）能够感知丰富的触觉，而哺乳动物正是依靠这样的触觉来漫游自然界的。
SLIMS 传感器能检测压力、弯曲和应力等形变，并能精确地指出其位置和量级。
该大学机械与航空航天工程系副教授 Rob Shepherd 领导的研究人员们正在使这项技术走向商业化，用于物理治疗与运动医学。他们的论文“可拉伸的分布式光纤传感器 (Stretchable Distributed Fiber-Optic Sensors) ”发表在《科学》 (Science) 杂志上，论文的合作领导作者是博士生 Hedan Bai 和 Shuo Li。
技术解析
Bai 从基于硅石的分布式光纤光学传感器汲取灵感，开发出一款用于多模感测的可拉伸光波导 (SLIMS) 。这个长管含有一对聚氨酯弹性体核。一个核是透明的；另一个核在多个位置填充了吸收染料，并连接至一个LED。每个核都连接了一个红-绿-蓝传感器芯片，并登记处于光线光学路径上的几何学变化。
研究人员设计出一款3D打印的手套，每个手指上都有一个 SLIMS 传感器在运行，手套由一个锂电池供电，并装备蓝牙，从而可以将数据发送至 Bai 设计的基础软件，该软件可以实时重构手套的运动和形变。
研究人员设计出的带有SLIMS 传感器的3D打印手套。
Shepherd 表示：“现在，感知主要是通过视觉完成的。在现实生活中，我们几乎没有测量过触觉。这款皮肤是一个途径，让我们自己和机器能以目前使用手机摄像头的方式来测量触觉交互。它使用视觉来测量触觉。这是以一种可扩展的方式来这么做的最便捷和实用的途径”。
Bai 与 Shepherd 与康奈尔大学技术授权中心合作为这项技术申请专利，着眼于在物理治疗和运动医学方面的应用。这两个领域都利用了运动追踪技术，但是到目前为止缺少捕捉力学相互作用的能力。
研究人员正在研究使 SLIMS 传感器提升虚拟现实和增强现实体验的方法。Shepherd 表示：“VR 和 AR 沉浸是基于运动捕捉。触摸几乎不存在。举例来说，你想要拥有一种增强现实仿真，教会你如何修理汽车或者更换轮胎。如果你有一个手套或者可以测量压力以及运动的东西，那么增强现实可视化可以这么说，‘转动然后停下，这样你就不会过度拧紧你的车轮螺母’。现在没有其他方法，但这是一条途径”。
参考资料：Hedan Bai, Shuo Li, Jose Barreiros, Yaqi Tu, Clifford R. Pollock, Robert F. Shepherd. Stretchable distributed fiber-optic sensors. Science, 2020 DOI: 10.1126/science.aba5504；
原文翻译：译者不详，互联网；
图文校排：非凡8（Favo8.com）；
图片来源：康奈尔大学。