3D打印“伙伴”光學(xué)傳感器讓機(jī)器人更加靈活。傳感器是機(jī)器必不可少的部件之一，它推動(dòng)了許多機(jī)器的發(fā)展。最近，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開發(fā)了一種伸縮式光學(xué)傳感器，使機(jī)器人更加靈活。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種三指柔軟的機(jī)器人手，具有多個(gè)3D打印光纖傳感器和一種新型的可伸縮光學(xué)傳感器。這種柔軟的機(jī)器人手可以檢測(cè)不到十分之一牛頓的力。該項(xiàng)目得到了美國宇航局的支持。
利用光纖，研究小組在每個(gè)機(jī)器人手指中放置了14個(gè)張力傳感器，這些機(jī)器人手指的設(shè)計(jì)模仿了人類手指的骨骼結(jié)構(gòu)。每個(gè)手指的指尖和兩個(gè)指骨是3D打印的，這些指骨通過關(guān)節(jié)連接在一起，關(guān)節(jié)上還覆蓋著一種硅橡膠皮膚。這項(xiàng)技術(shù)為機(jī)器人手指提供了確定其指尖接觸位置和檢測(cè)其所經(jīng)歷的微不足道的力的能力。雖然最新的可伸縮光學(xué)傳感材料沒有用在當(dāng)前版本的機(jī)器人手上，但研究人員希望未來將其用在柔軟的機(jī)器人皮膚上，以獲得更大的反饋。
客觀來說，常用的壓力或力傳感器是有問題的。這是因?yàn)椴季€太復(fù)雜，傳感器容易壞。而且它們極易受到電動(dòng)機(jī)和其他電磁設(shè)備的干擾。使用光纖傳感器不存在這些問題，甚至一根光纖可以包含幾個(gè)傳感器。在這個(gè)項(xiàng)目中，機(jī)器人手指上的所有傳感器都用四根光纖連接，它們完全不受電磁干擾。研究人員表示，開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的目的是提高機(jī)器人的自主性。“如果你想讓機(jī)器人自主工作，安全應(yīng)對(duì)日常環(huán)境中的各種意外力量，你需要在機(jī)器人的手上安裝比目前常見水平更多的傳感器?！笨▋?nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)副教授Yong-LaePark說， “僅在人類指尖的皮膚中就有數(shù)千個(gè)觸覺感覺單位，一只蜘蛛的每條腿上都有數(shù)百個(gè)機(jī)械刺激感受器。最先進(jìn)的人形機(jī)器人的手和手腕上只有42個(gè)傳感器，比如美國宇航局的Robonaut?！?/p>
Park開發(fā)的機(jī)器人手得到了機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生LeoJiang和KevinLow的幫助。該設(shè)備集成了目前市場(chǎng)上的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器，該傳感器通過測(cè)量光纖中發(fā)射光的波長的位移來檢測(cè)張力。這種手指由一個(gè)主動(dòng)肌腱彎曲，同時(shí)由另一個(gè)被動(dòng)彈性肌腱伸直。
新的可伸縮光學(xué)傳感器是開發(fā)團(tuán)隊(duì)希望在下一個(gè)版本的機(jī)器人中使用的傳感器。由于傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器缺乏彈性，眾所周知，玻璃纖維幾乎不能拉伸，即使是聚合物制成的光纖，拉伸通過率也只有20%-25%，因此其使用價(jià)值非常有限。然而，通過將硅橡膠與反射金結(jié)合，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力施加到傳感器上時(shí)，光可以逃逸，這使他們能夠相應(yīng)地測(cè)量力。Park認(rèn)為，這種類型的傳感器可以同時(shí)感知接觸和測(cè)量力。