3D打印“伙同”光学传感器让机器人更灵活

　　3D打印“伙伴”光学传感器让机器人更加灵活。传感器是机器必不可少的部件之一，它推动了许多机器的发展。最近，卡内基梅隆大学开发了一种伸缩式光学传感器，使机器人更加灵活。

　　卡内基梅隆大学的研究人员开发了一种三指柔软的机器人手，具有多个3D打印光纤传感器和一种新型的可伸缩光学传感器。这种柔软的机器人手可以检测不到十分之一牛顿的力。该项目得到了美国宇航局的支持。

　　利用光纤，研究小组在每个机器人手指中放置了14个张力传感器，这些机器人手指的设计模仿了人类手指的骨骼结构。每个手指的指尖和两个指骨是3D打印的，这些指骨通过关节连接在一起，关节上还覆盖着一种硅橡胶皮肤。这项技术为机器人手指提供了确定其指尖接触位置和检测其所经历的微不足道的力的能力。虽然最新的可伸缩光学传感材料没有用在当前版本的机器人手上，但研究人员希望未来将其用在柔软的机器人皮肤上，以获得更大的反馈。

　　客观来说，常用的压力或力传感器是有问题的。这是因为布线太复杂，传感器容易坏。而且它们极易受到电动机和其他电磁设备的干扰。使用光纤传感器不存在这些问题，甚至一根光纤可以包含几个传感器。在这个项目中，机器人手指上的所有传感器都用四根光纤连接，它们完全不受电磁干扰。研究人员表示，开发这项技术的目的是提高机器人的自主性。“如果你想让机器人自主工作，安全应对日常环境中的各种意外力量，你需要在机器人的手上安装比目前常见水平更多的传感器。”卡内基梅隆大学机器人学副教授Yong-LaePark说， “仅在人类指尖的皮肤中就有数千个触觉感觉单位，一只蜘蛛的每条腿上都有数百个机械刺激感受器。最先进的人形机器人的手和手腕上只有42个传感器，比如美国宇航局的Robonaut。”

　　Park开发的机器人手得到了机械工程专业学生LeoJiang和KevinLow的帮助。该设备集成了目前市场上的光纤布拉格光栅(FBG)传感器，该传感器通过测量光纤中发射光的波长的位移来检测张力。这种手指由一个主动肌腱弯曲，同时由另一个被动弹性肌腱伸直。

　　新的可伸缩光学传感器是开发团队希望在下一个版本的机器人中使用的传感器。由于传统的光学传感器缺乏弹性，众所周知，玻璃纤维几乎不能拉伸，即使是聚合物制成的光纤，拉伸通过率也只有20%-25%，因此其使用价值非常有限。然而，通过将硅橡胶与反射金结合，研究人员发现，当压力施加到传感器上时，光可以逃逸，这使他们能够相应地测量力。Park认为，这种类型的传感器可以同时感知接触和测量力。