传感器虽小技术

传感器是机器必不可少的零件之一，它带动了很多机器的发展。近日，在卡内基梅隆大学研发出科伸缩光学传感器，使机器人的灵活性又更上一层。卡内基梅隆大学的研究人员开发出了一只带有多个 D打印光纤传感器和一个新型的可伸缩光学传感器的的三指软机器人手。这个软机器人手能够检测到低于十分之一牛顿的力。该项目获得了美国宇航局（NASA）的支持。

使用光纤，该研究团队在每个机器人手指里面放置了14个 传感器，这些机器人手指的设计仿照人类手指的骨骼结构。每根手指的指尖和两根“指骨”都是 D打印的，这几根“指骨”通过关节连接，关节上还覆有一种硅橡胶“皮肤”。这种技术为机器手指提供了确定其指尖接触位置并检测其所经受的微不足道的力量的能力。尽管最新的可伸缩性光学感测材料并没有用在当前版本的机械手上，不过研究人员希望在以后的软机器人皮肤中用到它，以获得更大的反馈。

客观地说，当前常用的压力或力传感器是有问题的。这是因为其中的布线过于复杂，传感器容易断裂。而且他们极容易受到来自电动马达和其它电磁设备的干扰。而使用光纤传感器就没有这些问题，甚至一根光纤都可以包含几个传感器。在这个项目中，其机器人手指上的所有传感器都与4个光纤相连接，并且它们对电磁干扰完全免疫。

研究人员称，他们开发这项技术的目的是为了提高机器人的自主性。“如果你想让机器人自主地工作，并在日常环境中对于各种意想不到的力安全地作出反应，就需要让机器人手上安装比当前常见的水平更多的传感器。”卡耐基梅隆大学机器人学副教授Yong-LaePark称，“仅在人指尖的皮肤中就含有数千个触觉感官单位，而一只蜘蛛的每条腿上都有数百个机械刺激感受器。而在当前最先进的人形机器人——比如NASA的Robonaut——的手和手腕上，仅有42个传感器。”

Park开发的这个机器人手得到了该校机械工程专业学生LeoJiang和KevinLow的帮助。这一装置集成了当前市场上在售的光纤布拉格光栅（FBG）传感器，该传感器通过测量光纤内发射光波长的位移来检测拉力。这种手指是靠一个主动性的腱来弯曲的，同时还靠另外一个被动的弹性腱提供相反的力拉直手指。

新型的可伸缩光学传感器是开发团队希望能够用在下一个版本的机械手上的传感器。因为传统的光学传感器缺乏弹性，众所周知，玻璃纤维几乎无法拉伸，甚至用聚合物制成的光学纤维拉伸通率也只有20％-25％，其使用价值很有限。然而，通过将硅橡胶与一种反光金（reflectivegold）组合起来，研究人员发现当传感器上被施以压力时，会有光能够逸出，这使得他们能够据此测量力的大小。Park认为，这种类型的传感器可以同时感应到接触，并测量力的大小。

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