日本团队研发高灵敏柔性光学传感器,响应仅33毫秒
日本庆应义塾大学的研究团队近日在《光学快报》上发表了一项创新成果:他们成功开发出一种柔性光学触觉传感器,能够同步感知压力的位置与大小,并兼具高灵敏度与优异稳定性,其响应时间最快可达33毫秒。该技术有望应用于下一代机器人触觉系统、高精度医疗检测设备以及反应更敏捷的可穿戴电子产品中。
研究团队制作出一款尺寸为5厘米×1.5厘米、厚度仅500微米的四通道光学触觉传感器。该器件能以约1.5毫米的空间分辨率准确识别压力位置,其多通道光学结构支持在多个区域同时进行压力感知,并具备良好的扩展潜力。
以往的触觉传感器多将商用玻璃光纤嵌入聚合物中实现感知,但这类设计通常局限于单一信号路径,若扩展为多通道则需依赖复杂且缺乏柔性的硬质布线。为解决该问题,团队采用自主研发的“蚊针法”制备聚合物光波导——借助注射器将液态树脂单体注入另一种液体中,再通过紫外线固化成型,一步完成将聚合物芯层嵌入柔性硅橡胶基片的过程。
这一方法显著提高了光波导结构的设计灵活性。研究人员还可通过调整纤芯尺寸与光学约束能力,实现对传感器灵敏度的精确调控。
在性能测试中,团队通过手指或测力计对传感器施加压力,并实时监测其光输出变化。实验表明,该传感器可识别相当于触控智能手机屏幕所需的指尖压力,灵敏度达到8.7—10.9dB/MPa,并能在33毫秒内捕捉光强变化。在多次重复实验中,器件仍保持稳定性能,展现出良好的可靠性与重复性。
该类传感器未来可赋予机器人系统更精细的触觉感知能力,提升人机协作的安全性与自然性。在医疗领域,它还可集成于仿生假肢,为用户提供实时触觉反馈,从而实现更精准、更自然的动作控制。
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