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伸縮感測器可為機器人與VR應用提供觸覺感知能力

美國康乃爾大學(Cornell University)研究團隊結合低成本的LED與染料,開發出一種光纖感測器,能夠伸縮並偵測物件的壓力、彎曲、張力,掌握物件的變形狀況。這項感測技術能為軟式機器人與擴增實境(AR)應用提供觸覺功能,藉此提升系統探索世界的能力。

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SLIMS感測器能透過觸覺偵測物件的變形情形。法新社

據Cornell Chronicle報導,康乃爾大學有機機器人實驗室(Organic Robotics Lab)於2016年開發出一款伸縮感測器,可透過光波導傳送光線,再利用光電二極體偵測光束的密度變化、判斷物體的變形狀況。研究團隊的最新研究便是以此為基礎,再以矽基分布式光纖感測器為靈感,開發出能透過波長偏移偵測濕度、溫度與張力等性質變化的感測技術。

然而矽纖維較難與軟式及伸縮式的電子裝置相容,因此研究團隊利用一組聚氨酯彈性核心,打造了伸縮式光導多模式感測裝置(SLIMS)。其中一個核心是透明的,另一個核心則內含吸收性染料,並與LED相連。每個核心都搭配了一個紅綠藍感測晶片,記錄光程的幾何變化。透過這種雙核心設計,感測器偵測的變形範圍便可增加。

研究團隊還將感測器與數學模型結合,藉此區分不同的變形狀況,並準確定位變形位置與規模。

另一方面,一般分布式光纖感測器需有高解析度的偵測設備支援,但SLIMS感測器只要藉由低解析度的小型光電設備便能運作,因此不僅成本較低、容易生產,也便於與小型系統整合,像是安裝在機器人手上。

SLIMS感測器也可作為穿戴式裝置使用。研究團隊設計了一款3D列印手套,每根手指都裝有SLIMS感測器。SLIMS收集到的資料會透過藍芽傳送到軟體,即時重建手套的動作與變形狀態。

研究團隊目前正與康乃爾大學的技術授權中心合作申請技術專利,希望未來能將這項技術應用在物理治療及運動醫療上。

此外,VR與AR的沉浸感營造相當依賴動態捕捉,但目前觸覺技術的運用仍相當罕見,而SLIMS感測器的問世可望改變這種情形。

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