柔性光學感測器提供高精度觸覺

在過去的幾十年裡，成像技術取得驚人的進步。日本大學的研究團隊日前研發出一種柔性光學觸覺感測器，能夠同時檢測壓力的位置和強度，且具備高靈敏度與穩定性，回應時間快至卅三毫秒。這一成果有望應用在新一代機械人觸覺介面、響應更快的可穿戴電子設備上。

柔性光學傳感模組是一種結合了電容傳感技術和柔性材料設計的創新感測器。此次團隊製造出一款長五厘米、寬一點五厘米、厚度僅五百微米的四通道光學觸覺感測器，其能以約一點五毫米的空間解析度精確定位壓力點。它的多光學通道設計，使其能在多個位置感知壓力，並具備良好的可擴展性。研究人員指出，以往已有研究嘗試將商用玻璃光纖嵌入聚合物片材來實現觸覺傳感，但這類設計往往只有單一路徑，若要實現多通道配置，就必須依賴複雜的剛性佈線。當前，團隊採用了自主開發的一種製造聚合物光波導的方法。這種方法被稱為“蚊針法”，即利用注射器將液態樹脂單體注入另一種液體中，再通過紫外線固化形成波導。

通過“蚊針法”，團隊一步就將聚合物芯層嵌入柔性硅橡膠薄片中，大大提高了波導結構設計的靈活性。他們還通過調整纖芯尺寸與光約束特性來控制感測器靈敏度。

在公開的實驗中，研究人員利用手指或測力計在感測器上施壓並監測光輸出。結果顯示，該裝置檢測到與點擊智能手機螢幕相當的指尖壓力，靈敏度達到八點七至十點九分貝每兆帕。它還能檢測到卅三毫秒內的光強度變化，在重複循環後仍性能良好。這些結果證實，該感測器在靈敏度、可靠性和重複性方面表現出色。這些結果證實了該光學式觸覺感測器具備高靈敏度、高可靠性與可重複性。傳統的光學式觸覺感測器通常僅有單一的輸入輸出路徑，而我們的光學式觸覺感測器設計通過在硅橡膠中嵌入聚合物光波導，實現了多路光學通道。這種設計具備可擴展性，能夠適配多種應用場景，從而實現對多個點位的壓力檢測。

研究人員指出，以上的最新技術可以為機器人系統提供高精度觸覺，確保人與機器之間更安全直觀地協作。未來研究將聚焦於兩方面：一是提升光學式觸覺感測器的空間解析度，並進一步將其拓展至3D交叉波導結構，以實現大面積、高密度的分散式觸覺傳感；二是優化製備工藝以降低成本、提高集成度，同時探索該技術在人機交互領域的實際應用場景。

新 丁