新型柔性觸覺傳感器,日本研發(fā)機器人的“觸覺皮膚”?
關鍵詞: 柔性光學觸覺傳感器 蚊針法 觸覺接口 工業(yè)應用 醫(yī)療應用
在未來的人機交互中,觸覺或許會成為繼視覺和語音之后的又一關鍵接口。最近,日本慶應義塾大學的研究團隊在《光學快報》上發(fā)表了一項引人注目的成果:他們研發(fā)出一種柔性光學觸覺傳感器,這種薄如紙片的器件不僅能感知壓力的大小,還能準確定位觸碰的位置,靈敏度和穩(wěn)定性都達到了業(yè)內領先水平。

與傳統(tǒng)剛性光纖不同,研究團隊采用了柔軟的PDMS(聚二甲基硅氧烷)作為基底,并通過一種被稱為“蚊針法”的工藝制造光路:利用注射器將液態(tài)樹脂注入柔性材料,再用紫外光固化,形成穩(wěn)定的光學通道。這種方法不僅工藝簡潔,還能實現(xiàn)三維布線,讓傳感器在設計上更靈活。
廣告
據(jù)了解,該傳感器只有500微米厚、約5厘米長、1.5厘米寬,但其內部嵌入了四條聚合物光波導通道,實驗數(shù)據(jù)顯示,它的空間分辨率可達1.5毫米,響應時間僅需33毫秒,靈敏度在8.7–10.9dB/MPa之間(與點擊智能手機屏幕相當?shù)闹讣鈮毫Γ词菇涍^反復循環(huán)測試也依舊保持穩(wěn)定。

如果說技術參數(shù)還顯得抽象,讓我們直接聚焦到具體的應用場景。設想一下,在工業(yè)生產線上,機器人手臂能夠通過這種傳感器判斷抓取力度,既不會捏碎易碎物品,也不會因為過度用力而對人類造成危險;在假肢領域,它能讓使用者重新獲得觸覺反饋,抓握動作更自然、更接近真實手感;在醫(yī)療器械中,外科醫(yī)生或許能借助它“感知”組織的質地,從而提高手術的精確度。甚至在日常生活中,這種傳感器也可能被集成到智能手套或健康監(jiān)測貼片中,實時記錄壓力變化,為運動和康復訓練提供數(shù)據(jù)支持。
與常見的電阻式、電容式或壓電式觸覺傳感器相比,光學路線的優(yōu)勢在于抗電磁干擾能力強,適合復雜環(huán)境使用,同時,多通道光路設計讓它具備良好的擴展性,可以輕松構建大面積觸覺陣列,而柔性基底的應用則讓它既能彎曲貼合,又能保持長期穩(wěn)定。這些特性讓它在觸覺傳感的賽道上顯得格外獨特,相信隨著工藝的進一步優(yōu)化和規(guī)?;a,這類光學傳感器將會為醫(yī)療、工業(yè)乃至日常生活帶來深遠影響。