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伸缩传感器可为机器人与VR应用提供触觉感知能力

美国康乃尔大学(Cornell University)研究团队结合低成本的LED与染料,开发出一种光纤传感器,能够伸缩并侦测物件的压力、弯曲、张力,掌握物件的变形状况。这项感测技术能为软式机器人与扩增实境(AR)应用提供触觉功能,藉此提升系统探索世界的能力。

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SLIMS传感器能透过触觉侦测物件的变形情形。法新社

据Cornell Chronicle报导,康乃尔大学有机机器人实验室(Organic Robotics Lab)于2016年开发出一款伸缩传感器,可透过光波导传送光线,再利用光电二极管侦测光束的密度变化、判断物体的变形状况。研究团队的最新研究便是以此为基础,再以矽基分布式光纤传感器为灵感,开发出能透过波长偏移侦测湿度、温度与张力等性质变化的感测技术。

然而矽纤维较难与软式及伸缩式的电子装置兼容,因此研究团队利用一组聚氨酯弹性核心,打造了伸缩式光导多模式感测装置(SLIMS)。其中一个核心是透明的,另一个核心则内含吸收性染料,并与LED相连。每个核心都搭配了一个红绿蓝感测芯片,记录光程的几何变化。透过这种双核心设计,传感器侦测的变形范围便可增加。

研究团队还将传感器与数学模型结合,藉此区分不同的变形状况,并准确定位变形位置与规模。

另一方面,一般分布式光纤传感器需有高分辨率的侦测设备支持,但SLIMS传感器只要藉由低分辨率的小型光电设备便能运行,因此不仅成本较低、容易生产,也便于与小型系统集成,象是安装在机器人手上。

SLIMS传感器也可作为穿戴式装置使用。研究团队设计了一款3D打印手套,每根手指都装有SLIMS传感器。SLIMS收集到的资料会透过蓝芽传送到软件,实时重建手套的动作与变形状态。

研究团队目前正与康乃尔大学的技术授权中心合作申请技术专利,希望未来能将这项技术应用在物理治疗及运动医疗上。

此外,VR与AR的沉浸感营造相当依赖动态捕捉,但目前触觉技术的运用仍相当罕见,而SLIMS传感器的问世可望改变这种情形。

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