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可拉伸光纤传感器能同时检测复杂的变形

Peer-Reviewed Publication

American Association for the Advancement of Science (AAAS)

据研究人员报告,一种由可拉伸材料制成的新型双芯光纤提供了一种新型灵活的光机械传感方法。它仅用单个传感器和改变光的颜色就能识别和测量复杂的机械运动;研究人员通过将传感器整合到某个可拉伸的手套中对其进行了演示。在该手套中,它可以成功地实时发现各种复杂的手指运动和按压手势。分布式光纤传感器(DFOS)系统被用于观察诸如张力、压力、振动和温度等各种物理属性。然而,目前的系统通常基于不可拉伸的、以二氧化硅为基础的光纤;它们常常局限于对刚性物体的监测,并在没有大型复杂光学传感器和/或先进计算能力时仅能测量某单一属性。结果,DFOS系统不能与软机器人技术或生物医学等领域兼容。Hedan Bai和同事开发了一种可拉伸的DFOS传感器系统;它由两个能伸展的聚氨酯光纤芯组成(其中一个为透明的光纤芯,另一个为散布着几个内含数种有色染料的光纤芯),它们被某有机硅涂层浇筑包裹在一起。当未变形时,穿过每个SLIMS双芯的白光仍保持着白色。但是,沿其长度方向的变形(如弯曲、拉伸或挤压)则会导致光的光线路径发生几何变化,从而影响从染色光纤芯输出的有色光,并在发生变形的区域令其朝染料颜色转变。不同类型和规模的变形会导致两个光纤芯间的光产生特定的色彩模式。通过测量从每个相邻光纤芯光输出的颜色和强度,便可确定变形的位置、规模和类型。为进一步证明SLIMS多模态传感能力,Bai等人将该系统纳入一个可伸展的手套中;该手套可以检测并准确地重建各种复杂的手指运动,并能仅用单一传感器即可同时且实时地按压。

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