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謝菲爾德指出：“現(xiàn)在，感知主要是通過視覺完成。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們幾乎從不測量觸覺。這種皮膚是一種允許我們自己和機(jī)器能夠測量觸覺交互的方式，就像我們現(xiàn)在使用智能手機(jī)的攝像頭一樣。它用視覺來測量觸覺。以可伸縮方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是最方便、最實(shí)用的方法。”研究人員同時(shí)在研究SLIMS傳感器能夠如何提升虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。謝菲爾德說道：“VR和AR沉浸感是基于運(yùn)動(dòng)捕捉。觸感幾乎不存在。假設(shè)你需要一個(gè)教導(dǎo)你如何修理汽車或更換輪胎的AR模擬，如果你有一只手套或其他可以測量壓力和運(yùn)動(dòng)的愿隨，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可視化技術(shù)就可以說‘?dāng)Q一下然后停下來，這樣你就不會(huì)把螺母擰得太緊了。’現(xiàn)在還沒有什么能做到這一點(diǎn)，但它是一條實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)的途徑?！?/span>

這項(xiàng)研究得到了美國國家科學(xué)基金會(huì)、美國空軍科學(xué)研究辦公室、康奈爾技術(shù)加速和成熟項(xiàng)目、美國農(nóng)業(yè)部國家食品和農(nóng)業(yè)研究所、以及美國海軍研究所的支持。研究人員同時(shí)利用了康奈爾納米科技設(shè)施和康奈爾材料研究中心，而這兩個(gè)機(jī)構(gòu)都得到了美國國家科學(xué)基金會(huì)的支持。這個(gè)項(xiàng)目是以工程學(xué)院機(jī)械與航空航天工程副教授羅博·謝菲爾德（Rob Shepherd）的有機(jī)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（Organic Robotics Lab）在2016年制造的可伸縮傳感器作為基礎(chǔ)。其中，光通過光導(dǎo)纖維發(fā)送，而光電二極管則檢測光束強(qiáng)度的變化，從而確定材料何時(shí)變形。在那之后，這個(gè)謝菲爾德的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了多種類似的感官材料，如光學(xué)蕾絲和泡沫。

對(duì)于本文介紹的新項(xiàng)目，研究人員借鑒了基于二氧化硅的分布式光纖傳感器。作為說明，基于二氧化硅的分布式光線傳感器可以檢測微小的波長偏移，可作為識(shí)別多種特性的方法，如濕度、溫度和應(yīng)變的變化。但是，二氧化硅分線不兼容柔性和可拉伸的電子產(chǎn)品。另外，智能柔性系統(tǒng)同樣帶來了自身的結(jié)構(gòu)性挑戰(zhàn)。研究小組表示：“我們知道柔性物質(zhì)可以以一種非常復(fù)雜的、組合的方式變形，而且同時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量的變形。我們需要一種可以將其分離開來的傳感器?！?/span>

團(tuán)隊(duì)的解決方案是開發(fā)一種可伸縮的多模式傳感光波導(dǎo)（Stretchable Lightguide for Multimodal Sensing；SLIMS）。這種波導(dǎo)包含一對(duì)聚氨酯彈性體芯。一個(gè)體芯為透明；另一個(gè)則在多個(gè)位置填充吸收染料，并連接到一個(gè)LED。每一個(gè)體芯都與一個(gè)紅綠藍(lán)傳感器芯片相接，以記錄光路中的幾何變化。雙芯設(shè)計(jì)增加了輸出的數(shù)量，而通過所述輸出，傳感器可以通過點(diǎn)亮充當(dāng)空間編碼器的染料來檢測到一系列的變形，如壓力、彎曲或伸長。研究人員同時(shí)將這項(xiàng)技術(shù)與一個(gè)可以解耦或分離不同變形并精確其位置和大小的數(shù)學(xué)模型相結(jié)合。分布式光纖傳感器需要高分辨率的檢測組件，而SLIMS傳感器可以采用分辨率較低的小型光電器件。所以它們成本更低，制造更簡單，而且更容易集成到小型系統(tǒng)中。