新型柔性觸覺傳感器，日本研發(fā)機(jī)器人的“觸覺皮膚”？

在未來的人機(jī)交互中，觸覺或許會成為繼視覺和語音之后的又一關(guān)鍵接口。最近，日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《光學(xué)快報(bào)》上發(fā)表了一項(xiàng)引人注目的成果：他們研發(fā)出一種柔性光學(xué)觸覺傳感器，這種薄如紙片的器件不僅能感知壓力的大小，還能準(zhǔn)確定位觸碰的位置，靈敏度和穩(wěn)定性都達(dá)到了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。

與傳統(tǒng)剛性光纖不同，研究團(tuán)隊(duì)采用了柔軟的PDMS（聚二甲基硅氧烷）作為基底，并通過一種被稱為“蚊針法”的工藝制造光路：利用注射器將液態(tài)樹脂注入柔性材料，再用紫外光固化，形成穩(wěn)定的光學(xué)通道。這種方法不僅工藝簡潔，還能實(shí)現(xiàn)三維布線，讓傳感器在設(shè)計(jì)上更靈活。

據(jù)了解，該傳感器只有500微米厚、約5厘米長、1.5厘米寬，但其內(nèi)部嵌入了四條聚合物光波導(dǎo)通道，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，它的空間分辨率可達(dá)1.5毫米，響應(yīng)時間僅需33毫秒，靈敏度在8.7–10.9dB/MPa之間（與點(diǎn)擊智能手機(jī)屏幕相當(dāng)?shù)闹讣鈮毫Γ词菇?jīng)過反復(fù)循環(huán)測試也依舊保持穩(wěn)定。

如果說技術(shù)參數(shù)還顯得抽象，讓我們直接聚焦到具體的應(yīng)用場景。設(shè)想一下，在工業(yè)生產(chǎn)線上，機(jī)器人手臂能夠通過這種傳感器判斷抓取力度，既不會捏碎易碎物品，也不會因?yàn)檫^度用力而對人類造成危險(xiǎn)；在假肢領(lǐng)域，它能讓使用者重新獲得觸覺反饋，抓握動作更自然、更接近真實(shí)手感；在醫(yī)療器械中，外科醫(yī)生或許能借助它“感知”組織的質(zhì)地，從而提高手術(shù)的精確度。甚至在日常生活中，這種傳感器也可能被集成到智能手套或健康監(jiān)測貼片中，實(shí)時記錄壓力變化，為運(yùn)動和康復(fù)訓(xùn)練提供數(shù)據(jù)支持。

與常見的電阻式、電容式或壓電式觸覺傳感器相比，光學(xué)路線的優(yōu)勢在于抗電磁干擾能力強(qiáng)，適合復(fù)雜環(huán)境使用，同時，多通道光路設(shè)計(jì)讓它具備良好的擴(kuò)展性，可以輕松構(gòu)建大面積觸覺陣列，而柔性基底的應(yīng)用則讓它既能彎曲貼合，又能保持長期穩(wěn)定。這些特性讓它在觸覺傳感的賽道上顯得格外獨(dú)特，相信隨著工藝的進(jìn)一步優(yōu)化和規(guī)模化生產(chǎn)，這類光學(xué)傳感器將會為醫(yī)療、工業(yè)乃至日常生活帶來深遠(yuǎn)影響。