通过触觉传感促进自适应抓取、灵巧操作和人机交互的策略

OFN 传感器概述。（A） OFN传感系统示意图;（B） 传感器未接触时的输出光照片，（C） 受到法向力，以及 （D） 同时受到法向力和摩擦力

双手拥有一种令人惊叹的能力，可以非常准确地感知摩擦力，这都要归功于皮肤内的机械感受器。这种天生的天赋使人们能够灵巧地处理物品，毫不费力地使用工具，为日常生活注入令人愉快的灵活性。但是，如果这种触觉能力可以在机器人身上解锁呢?

想象一下这样一个世界，机器人拥有探测和理解摩擦和滑动的神奇能力，就像我们一样。这个诱人的概念推动了对柔性触觉检测的追求，这是一个前沿领域，旨在为机器人配备类似于我们自己的触觉。通过巧妙地驾驭错综复杂的摩擦，机器人可以精确而优雅地征服各种各样的操作。

想象一下这样一个世界，机器人拥有探测和理解摩擦和滑动的神奇能力，就像我们一样。这个诱人的概念推动了对柔性触觉检测的追求，这是一个前沿领域，旨在为机器人配备类似于我们自己的触觉。通过巧妙地驾驭错综复杂的摩擦，机器人可以精确而优雅地征服各种各样的操作。

两个机器人触觉手指的照片和手指的分解图

从绳结中获得灵感，一个有趣的想法出现了——聚合物光纤绳结。绳结的三维结构打破了纤维原来的圆形对称性，重新分配了纤维表面的负荷。反过来，这使得单个纤维单元能够对来自不同方向的力刺激做出独特的反应，从而有望创造复杂的3D力传感设备。

聚合物光纤具有许多优点:紧凑、坚固、简化制造工艺和成本效益。这项研究揭示了它们对定向力的反应，并展示了它们在三维力测量方面的潜力。

在这些知识的基础上，精心设计了一系列纤维结，并将其带入生活，实现了成功的3D力检测。通过将这些传感器集成到机器人的指尖，可以获得包括压力、摩擦和滑动在内的触觉信息。机器人手可以利用这种智能完美地执行高级任务，如自适应抓取和工具操作。

这项工作发表在《光电进展》杂志上，介绍了一种通过结合结和光纤构建3D力传感器的新策略。通过对结的结构力学分析，研究人员成功地改进了结对压力、摩擦和滑移的传感性能。这种方法简化了系统的复杂性，克服了与信号解耦相关的计算挑战。

机器人操作刀具和钥匙时的快照

变化点检测算法的集成使实时数据处理和选择成为可能，从而形成机器人操作的触觉反馈系统。该系统测量法向和剪切力，并检测滑移，使机器人能够自适应地抓取物体和操作工具。本文展示的演示包括对移动物体的自适应抓取以及用双指机械手灵巧地操纵刀和钥匙。

聚合物光纤的使用使结传感器重量轻，灵活，廉价。这种传感器的非金属性质使它不受电磁干扰。制造过程很简单，不需要复杂的微/纳米加工技术，大大降低了传感器生产的障碍。

此外，聚合物光纤不仅可以作为传感元件，还可以作为信号传输通道。这一特点简化了传感器阵列的信号采集过程，有利于系统集成。此外，单个聚合物光纤可用于创建多个光纤结，通过结合功能材料或策略(如多波长信号复用)实现额外功能。