Ny sensor låter robotar ”se” beröring genom färger

Ingenjörer vid Queen Mary University of London har utvecklat ett mjukt, töjbart material som låter robotar "se" vad de rör vid i realtid genom att omvandla mekaniskt tryck till levande färgmönster – ett genombrott som teamet säger eliminerar den beräkningsmässiga flaskhals som länge har plågat robotisk beröringssensorik.

Hur sensorn fungerar

Forskningen, som publicerades den 3 juli i tidskriften Science Advances, beskriver en mekanokrom taktil sensor byggd av en töjbar Bragg-reflektor placerad mellan två mjuka silikonlager. När ett objekt trycker in i materialet deformeras dess mikroskopiska inre arkitektur, vilket skiftar våglängderna för det reflekterade ljuset och producerar rumsligt upplösta strukturella färger vid den exakta kontaktpunkten. En vanlig billig USB-kamera fångar upp dessa färgfält direkt, vilket ger tryckkartor med hög upplösning utan elektroniska kablar, rekonstruktion via djupinlärning eller beräkningsmässig fördröjning.techxplore+2

Enheten uppnådde en upplösning på cirka 100 mikrometer under testning – tillräckligt fint för att avbilda åsarna i ett mänskligt fingeravtryck, en bedrift som skulle kräva tusentals individuella mikroelektroniska komponenter under äldre sensorparadigmer.neurosciencenews

Från laboratorieprototyp till potentiella användningsområden

"Du kan inte gissa hur mycket information som genereras när ditt finger trycker på en strömbrytare", sa Giacomo Sasso, postdoktor vid Queen Mary's School of Engineering and Materials Science, som uppfann metoden. "Huvudidén bakom detta projekt var att tänka utanför boxen: istället för att bygga in täta och överkonstruerade sensorarrayer flyttas avkänningen in i själva materialet".techxplore+1

Professor James Busfield, en medförfattare, tillade: "Det som är särskilt kraftfullt är att informationen redan finns i ljussignalen. Du rekonstruerar inte längre beröring – du observerar den direkt".neurosciencenews

Teamet ser framför sig att tekniken kan lindas runt robotgripare i precisionsproduktion, ge proteser kontinuerlig taktil feedback och låta kirurgiska system skilja frisk från onormal vävnad genom fina trycksignaturer.techxplore+1

Ett kvarstående problem löst

Traditionella taxel-baserade sensorer arbetar i realtid men är begränsade i upplösning av sitt fysiska avstånd och kablage, medan befintliga synbaserade taktila sensorer uppnår finare detaljer endast på bekostnad av tunga beräkningar som introducerar fördröjning. Den mekanokroma metoden undviker denna avvägning helt genom att koda kraftdata direkt in i ljusspektrumet. Medförfattare från University of Florence, University of Trieste och University of Trento samarbetade i arbetet och kombinerade expertis inom mjuk robotik och polymerforskning.science+2