卡內基梅隆大學(xué)研發(fā)出可伸縮光學(xué)傳感器

　　傳感器是機器必不可少的零件之一，它帶動(dòng)了很多機器的發(fā)展。近日，在卡內基梅隆大學(xué)研發(fā)出可伸縮光學(xué)傳感器，使機器人的靈活性又更上一層。

　　卡內基梅隆大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一只帶有多個(gè)3D打印光纖傳感器和一個(gè)新型的可伸縮光學(xué)傳感器的三指軟機器人手。這個(gè)軟機器人手能夠檢測到低于十分之一牛頓的力。該項目獲得了美國宇航局(NASA)的支持。

　　使用光纖，該研究團隊在每個(gè)機器人手指里面放置了14個(gè)張力傳感器，這些機器人手指的設計仿照人類(lèi)手指的骨骼結構。每根手指的指尖和兩根“指骨”都是3D打印的，這幾根“指骨”通過(guò)關(guān)節連接，關(guān)節上還覆有一種硅橡膠“皮膚”。這種技術(shù)為機器手指提供了確定其指尖接觸位置并檢測其所經(jīng)受的微不足道的力量的能力。盡管最新的可伸縮性光學(xué)感測材料并沒(méi)有用在當前版本的機械手上，不過(guò)研究人員希望在以后的軟機器人皮膚中用到它，以獲得更大的反饋。

　　客觀(guān)地說(shuō)，當前常用的壓力或力傳感器是有問(wèn)題的。這是因為其中的布線(xiàn)過(guò)于復雜，傳感器容易斷裂。而且他們極容易受到來(lái)自電動(dòng)馬達和其它電磁設備的干擾。而使用光纖傳感器就沒(méi)有這些問(wèn)題，甚至一根光纖都可以包含幾個(gè)傳感器。在這個(gè)項目中，其機器人手指上的所有傳感器都與4個(gè)光纖相連接，并且它們對電磁干擾完全免疫。

　　研究人員稱(chēng)，他們開(kāi)發(fā)這項技術(shù)的目的是為了提高機器人的自主性。“如果你想讓機器人自主地工作，并在日常環(huán)境中對于各種意想不到的力安全地作出反應，就需要讓機器人手上安裝比當前常見(jiàn)的水平更多的傳感器。”卡耐基梅隆大學(xué)機器人學(xué)副教授Yong-LaePark稱(chēng)，“僅在人指尖的皮膚中就含有數千個(gè)觸覺(jué)感官單位，而一只蜘蛛的每條腿上都有數百個(gè)機械刺激感受器。而在當前最先進(jìn)的人形機器人——比如NASA的Robonaut——的手和手腕上，僅有42個(gè)傳感器。”

　　Park開(kāi)發(fā)的這個(gè)機器人手得到了該校機械工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生LeoJiang和KevinLow的幫助。這一裝置集成了當前市場(chǎng)上在售的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器，該傳感器通過(guò)測量光纖內發(fā)射光波長(cháng)的位移來(lái)檢測拉力。這種手指是靠一個(gè)主動(dòng)性的腱來(lái)彎曲的，同時(shí)還靠另外一個(gè)被動(dòng)的彈性腱提供相反的力拉直手指。

　　新型的可伸縮光學(xué)傳感器是開(kāi)發(fā)團隊希望能夠用在下一個(gè)版本的機械手上的傳感器。因為傳統的光學(xué)傳感器缺乏彈性，眾所周知，玻璃纖維幾乎無(wú)法拉伸，甚至用聚合物制成的光學(xué)纖維拉伸通率也只有20%-25%，其使用價(jià)值很有限。然而，通過(guò)將硅橡膠與一種反光金(reflectivegold)組合起來(lái)，研究人員發(fā)現當傳感器上被施以壓力時(shí)，會(huì )有光能夠逸出，這使得他們能夠據此測量力的大小。Park認為，這種類(lèi)型的傳感器可以同時(shí)感應到接觸，并測量力的大小。