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光学压力检测器可以改善机器人皮肤,可穿戴设备和触摸屏

来源:laserfocusworld

  发布:cici

关键词:光学压力 机器人

2018-08-16


嵌入在柔性透明硅树脂中的波导检测器与现有的电传感器相比具有明显的优势。
基于光的压力传感器由一系列彼此并排(顶部)的波导组成。在波导之间的间隙变窄的情况下,来自第一通道的光可以跳入第二通道(底部)。较高的压力使间隙变窄,允许更多的光线从通道1移出并进入通道2.



(图片来源:Suntak Park,电子和电信研究所,韩国大田)


基于光的新型压力传感器可以创建敏感的人造皮肤,为机器人提供更好的触摸感,可穿戴的人体血压监视器和光学透明的触摸屏和设备.1

来自电子和电信研究所(ETRI;韩国大田)和汉阳大学(韩国首尔)的研究人员报告了一种传感器,该传感器通过分析穿过聚二甲基硅氧烷(PDMS)中嵌入的微小隧道的光量变化来检测压力,一种常见的有机硅类型。与以前类型的压力传感器相比,灵活,透明的设备对温度均匀的压力敏感,并且不易发生故障。研究人员表示,将嵌入式光学传感器整合到大面积区域也应该是可行的。

该装置通过测量通过精确排列的一对光波导(称为光子隧道结阵列)的光流来工作。波导彼此平行并嵌入PDMS中。对于它们的长度的一部分,它们足够接近使得穿过第一管(通道1)的光可以进入第二通道2.当施加压力时,PDMS被压缩,改变通道之间的间隔并允许更多的光进入通道2.压力也引起PDMS折射率的变化。

光通过一端的光纤进入设备,另一端由光电二极管收集。随着压力的增加,更多的光线在通道2中蜿蜒而在通道1中更少。测量从每个通道的远端出来的光的亮度告诉研究人员施加了多少压力。

虽然已经开发出其他光学压力传感器,但这是第一个将传感结构嵌入PDMS中。嵌入式可保护其免受污染。

韩国大田电子和电信研究所的Suntak Park说:“有机硅片可以放置在显示器面板上以启用触摸屏,或者可以作为人工皮肤层包裹在机器人表面上,用于触觉交互。” “考虑到PDMS是一种非常着名的生物相容性,无毒材料,传感器片甚至可以应用于人体内部或内部,例如,用于监测血压。”

曲面可能
在诸如空气动力学和流体动力学的研究领域中,测量弯曲表面上的压力分布可能是重要的。 Park表示,这些传感器可用于研究飞机,汽车和船舶表面的压力相关效应。

为了测试该装置,研究人员在传感器顶部放置了“按压短管”并逐渐增加压力。在一个5毫米长的传感器中嵌入50微米厚的PDMS片材,研究人员测量了在约40千帕的压力下光学功率的变化为140%。这个概念验证演示表明该设备能够感应低至1 kPa的压力,与人的手指大致相同的灵敏度水平。心跳之间的血压变化约为5kPa。

Park说,需要采取几个步骤将传感器从实验室演示转移到实际设备。一种是开发一种更简单的方法来连接光纤,使光线进出传感器。在开发他们的原型时,研究团队使用了精确对准工具,这在大多数商业应用中使用太昂贵且耗时。电信公司用于在其系统中耦合光纤的另一种方法是尾纤,应该使该过程更容易。

此外,该团队使用一维传感器测试了他们的方法,而大多数应用需要二维传感器阵列。这可以通过将一维薄片旋转90度并将其放置在另一个上面来实现,从而创建交叉阴影阵列。传感器的尺寸以及它们之间的间距也可能需要针对不同的应用进行优化。