基于颜色的传感器用于模拟可穿戴设备和软机器人的皮肤敏感性

为了向更加自主的软机器人和可穿戴技术迈出一步，洛桑联邦理工学院的研究人员创建了一种使用颜色同时感知多种机械和温度刺激的设备。

机器人研究人员在开发能够感知位置、压力和温度变化的传感器方面已经取得了长足进步，所有这些对于可穿戴设备和人机界面等技术都很重要。但人类感知的一个标志是能够同时感知多种刺激，而这是机器人技术一直难以实现的目标。

现在，杰米·派克(JamiePaik)和洛桑联邦理工学院工程学院可重构机器人实验室(RRL)的同事开发了一种传感器，可以感知弯曲、拉伸、压缩和温度变化的组合，所有这些都使用一个强大的系统，可归结为一个简单的概念：颜色。

RRL的技术被称为ChromoSense，它依赖于一个半透明橡胶圆柱体，该橡胶圆柱体包含三个染成红色、绿色和蓝色的部分。设备顶部的LED通过其核心发送光线，当设备弯曲或拉伸时，光路中颜色的变化会被底部的小型光谱仪检测到。

“想象一下，您同时通过三根不同的吸管喝三种不同口味的冰沙：如果您弯曲或扭转吸管，每种口味的比例都会发生变化。这与ChromoSense使用的原理相同：它感知穿过吸管的光线的变化。当这些部分的几何形状变形时，这些部分就会被着色，”Paik说。

该设备的热敏部分还可以使用一种特殊的染料(类似于变色T恤或情绪戒指中的染料)来检测​​温度变化，这种染料在加热时颜色会降低。该研究已发表在《自然通讯》上，并被选为编辑亮点页面。

更简化的可穿戴设备方法

Paik解释说，虽然依赖摄像头或多个传感元件的机器人技术很有效，但除了需要更多的数据处理之外，它们还可能使可穿戴设备变得更重、更笨重。

“为了让软机器人在日常生活中更好地为我们服务，它们需要能够感知我们在做什么，”她说。“传统上，最快、最便宜的方法是通过基于视觉的系统，该系统捕获我们的所有活动，然后提取必要的数据。ChromoSense可以实现更有针对性、信息密集的读数，并且传感器可以轻松地嵌入到不同的材料中以完成不同的任务。”

由于其简单的机械结构和对相机颜色的使用，ChromoSense可能适合廉价的大规模生产。除了辅助技术(例如辅助行动外衣)之外，Paik还看到了ChromoSense在运动装备或服装中的日常应用，这些技术可用于向用户提供有关其形态和动作的反馈。

ChromoSense的优势——它能够同时感知多种刺激——也可能是一个弱点，因为同时施加的刺激的解耦仍然是研究人员正在努力解决的一个挑战。白南准表示，目前他们正致力于改进技术，以感知局部施加的力，或材料形状改变时的精确边界。

“如果ChromoSense受到欢迎并且许多人希望将其用作通用机器人传感解决方案，那么我认为进一步提高传感器的信息密度可能会成为一个非常有趣的挑战，”她说。

展望未来，白南准还计划尝试不同形式的ChromoSense，其原型为圆柱形，作为可穿戴软外装的一部分，但也可以想象为更适合RRL标志性折纸机器人的扁平形式。

“利用我们的技术，只要光线可以穿过，任何东西都可以成为传感器，”她总结道。