可伸缩的传感器给机器人和虚拟现实带来了人性化的感觉

康奈尔研究人员发明了一种光纤传感器，它结合了低成本的led和染料，产生了一种可伸缩的“皮肤”，可以检测压力、弯曲和应变等变形。这种传感器可以让柔软的机器人系统——以及任何使用增强现实技术的人——有能力感受到哺乳动物在自然世界中导航时所依赖的丰富触觉。

由工程学院机械和航空航天工程副教授罗伯·谢泼德(Rob Shepherd)领导的研究人员正在努力将这项技术商业化，用于物理治疗和运动医学。该项目基于2016年推出的一个可伸缩传感器，在该传感器中，光通过一个光波导发送，一个光电二极管检测光束强度的变化，以确定材料何时发生变形。此后，该实验室开发了各种类似的感官材料，如光学花边和泡沫。

对于这个项目，博士生学生河丹白山的灵感来自基于二氧化硅的分布式光纤传感器，该光纤传感器检测了较小的波长移位，以识别多种性质，例如湿度，温度和应变的变化。然而，二氧化硅纤维与柔软和可拉伸的电子器件不兼容。智能软系统也呈现自己的结构挑战。

“我们知道柔软的事情可以以非常复杂的，组合的方式变形，并且同时发生了很多变形，”白说。“我们希望一个可以解耦这些传感器。”

BAI的解决方案是为多式联传感（纤细）制作可拉伸的光导。这种长管含有一对聚氨酯弹性体芯。一个核心是透明的;另一个填充有多个位置的吸收染料并连接到LED。每个核心耦合与红绿蓝色传感器芯片耦合，以在光线路径中注册几何变化。

双核设计增加了输出的数量，通过点亮染料，传感器可以检测一系列的变形——压力、弯曲或伸长，这些染料起到空间编码器的作用。白将这种技术与一个数学模型结合起来，这个数学模型可以分离不同的变形，并精确地确定它们的确切位置和大小。

虽然分布式光纤传感器需要高分辨率检测设备，但细长的传感器可以用具有较低分辨率的小光电子操作。这使得它们更便宜，更简单地制造，更容易集成到小型系统中。例如，纤薄传感器可以结合到机器人的手中以检测滑动。

该技术也可穿戴。研究人员设计了一种带有纤细传感器的3D印刷手套，沿着每个手指运行。手套由锂电池供电，配备蓝牙，因此它可以将数据传输到BAI设计的基本软件，该软件在实时重建手套的运动和变形。

“现在，感官主要是通过愿景完成的，”牧羊人说。“我们几乎没有衡量现实生活中的触感。这种皮肤是一种允许自己和机器来测量触觉交互的一种方式，我们现在目前在手机中使用相机。它正在使用愿景来测量触摸。这是以可扩展的方式完成最方便和最实用的方法。“

佰通过国家科学基金会创新兵团（I-CORPS）计划探讨了苗条的商业潜力。她和牧羊犬正在与康奈尔的技术许可中心合作，以专利技术为专利，以物理治疗和体育医学为目的。这两个领域都有杠杆动作跟踪技术，但直到现在缺乏捕获力相互作用的能力。

研究人员还在研究SLIMS传感器增强虚拟和增强现实体验的方法。

“VR和AR浸没基于运动捕获。谢赫说，触摸几乎没有那里。“让我们说你想拥有一个增强的现实模拟，教导你如何修复你的汽车或改变轮胎。If you had a glove or something that could measure pressure, as well as motion, that augmented reality visualization could say, ‘Turn and then stop, so you don’t overtighten your lug nuts.’ There’s nothing out there that does that right now, but this is an avenue to do it.”

- 由Chris Vavra，Associate Editor编辑，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．