據(jù)最新發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》雜志上的論文，日本慶應(yīng)義塾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種柔性光學(xué)觸覺傳感器，能夠同時(shí)檢測壓力的位置和強(qiáng)度，且具備高靈敏度與穩(wěn)定性，響應(yīng)時(shí)間快至33毫秒。這一成果有望應(yīng)用在新一代機(jī)器人觸覺接口、先進(jìn)醫(yī)療診斷，以及響應(yīng)更快的可穿戴電子設(shè)備上。
研究人員開發(fā)出一種薄型柔性光學(xué)觸摸傳感器，可以同時(shí)檢測壓力的強(qiáng)度和位置，具有高靈敏度和穩(wěn)定性。圖片來源：日本慶應(yīng)義塾大學(xué)此次團(tuán)隊(duì)制造出一款長5厘米、寬1.5厘米、厚度僅500微米的四通道光學(xué)觸覺傳感器，其能以約1.5毫米的空間分辨率精確定位壓力點(diǎn)。它的多光學(xué)通道設(shè)計(jì)，使其能在多個位置感知壓力，并具備良好的可擴(kuò)展性。
以往已有研究嘗試將商用玻璃光纖嵌入聚合物片材來實(shí)現(xiàn)觸覺傳感，但這類設(shè)計(jì)往往只有單一路徑，若要實(shí)現(xiàn)多通道配置，就必須依賴復(fù)雜的剛性布線。現(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)采用了自主開發(fā)的一種制造聚合物光波導(dǎo)的方法。這種方法被稱為“蚊針法”，即利用注射器將液態(tài)樹脂單體注入另一種液體中，再通過紫外線固化形成波導(dǎo)。
通過“蚊針法”，團(tuán)隊(duì)一步就將聚合物芯層嵌入柔性硅橡膠薄片中，大大提高了波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性。他們還通過調(diào)整纖芯尺寸與光約束特性來控制傳感器靈敏度。
在實(shí)驗(yàn)中，他們利用手指或測力計(jì)在傳感器上施壓并監(jiān)測光輸出。結(jié)果顯示，該裝置檢測到與點(diǎn)擊智能手機(jī)屏幕相當(dāng)?shù)闹讣鈮毫Γ`敏度達(dá)到8.7—10.9dB/MPa。它還能檢測到33毫秒內(nèi)的光強(qiáng)度變化，在重復(fù)循環(huán)后仍性能良好。這些結(jié)果證實(shí)，該傳感器在靈敏度、可靠性和重復(fù)性方面表現(xiàn)出色。
這項(xiàng)技術(shù)可以為機(jī)器人系統(tǒng)提供高精度觸覺，確保人與機(jī)器之間更安全直觀地協(xié)作。在醫(yī)療領(lǐng)域，該傳感器還能集成到仿生假肢中，提供觸覺反饋，實(shí)現(xiàn)更自然的抓握和操作。
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