卡內(nèi)基梅隆大學的研究人員開發(fā)出了一只帶有多個3D打印光纖傳感器和一個新型的可伸縮光學傳感器的三指軟機器人手。這個軟機器人手能夠檢測到低于十分之一牛頓的力。該項目獲得了美國宇航局(NASA)的支持。

使用光纖，該研究團隊在每個機器人手指里面放置了14個張力傳感器，這些機器人手指的設(shè)計仿照人類手指的骨骼結(jié)構(gòu)。每根手指的指尖和兩根“指骨”都是3D打印的，這幾根“指骨”通過關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)上還覆有一種硅橡膠“皮膚”。這種技術(shù)為機器手指提供了確定其指尖接觸位置并檢測其所經(jīng)受的微不足道的力量的能力。盡管最新的可伸縮性光學感測材料并沒有用在當前版本的機械手上，不過研究人員希望在以后的軟機器人皮膚中用到它，以獲得更大的反饋。

客觀地說，當前常用的壓力或力傳感器是有問題的。這是因為其中的布線過于復雜，傳感器容易斷裂。而且他們極容易受到來自電動馬達和其它電磁設(shè)備的干擾。而使用光纖傳感器就沒有這些問題，甚至一根光纖都可以包含幾個傳感器。在這個項目中，其機器人手指上的所有傳感器都與4個光纖相連接，并且它們對電磁干擾完全免疫。研究人員稱，他們開發(fā)這項技術(shù)的目的是為了提高機器人的自主性?！叭绻阆胱寵C器人自主地工作，并在日常環(huán)境中對于各種意想不到的力安全地作出反應，就需要讓機器人手上安裝比當前常見的水平更多的傳感器?！笨突仿〈髮W機器人學副教授Yong-LaePark稱，“僅在人指尖的皮膚中就含有數(shù)千個觸覺感官單位，而一只蜘蛛的每條腿上都有數(shù)百個機械刺激感受器。而在當前最先進的人形機器人——比如NASA的Robonaut——的手和手腕上，僅有42個傳感器。”

Park開發(fā)的這個機器人手得到了該校機械工程專業(yè)學生LeoJiang和KevinLow的幫助。這一裝置集成了當前市場上在售的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器，該傳感器通過測量光纖內(nèi)發(fā)射光波長的位移來檢測拉力。這種手指是靠一個主動性的腱來彎曲的，同時還靠另外一個被動的彈性腱提供相反的力拉直手指。

新型的可伸縮光學傳感器是開發(fā)團隊希望能夠用在下一個版本的機械手上的傳感器。因為傳統(tǒng)的光學傳感器缺乏彈性，眾所周知，玻璃纖維幾乎無法拉伸，甚至用聚合物制成的光學纖維拉伸通率也只有20%-25%，其使用價值很有限。然而，通過將硅橡膠與一種反光金(reflectivegold)組合起來，研究人員發(fā)現(xiàn)當傳感器上被施以壓力時，會有光能夠逸出，這使得他們能夠據(jù)此測量力的大小。Park認為，這種類型的傳感器可以同時感應到接觸，并測量力的大小。