康奈尔大学研发基于 氧化硅 可拉伸光纤传感器
图 SLIMS集成 软手套和多关节弯曲 本体感觉。（A）带有LED光源和电子模块 SLIMS集成式柔软手套 图像。（B）在 个不同 多接头弯曲配置下,两个芯 实时归 化强度资料统计。（C）用于多关节弯曲解耦 矢量和模型。（D）单接头弯曲测量。（E）两节弯曲测量。（F） 关节弯曲测量。（G）使用我们得出 矢量和模型实时重建多关节弯曲。
科研摘要
图 SLIMS。（A）打结 SLIMS图像。（B）SLIMS 示意图,显示了不连续 染色区域,侧线芯 设计及其与光源和颜色传感器 耦合。（C）SLIMS未变形,拉伸,弯曲和受压时 光学输出和射线图。
图 SLIMS在不同变形模式下 表征。当SLIMS在染色区域中被（A）拉伸,（B）弯曲或（C）压制时,透明核 色度响应。当SLIMS被（D）拉伸,（E）弯曲或（F）压在染色区域时,染色芯 色度响应。当SLIMS被（G）拉伸,（H）弯曲或（I）压在染色区域时,透明芯 强度响应。当SLIMS被（J）拉伸,（K）弯曲或（L）压在染色区域时,染色芯 强度响应。
图 SLIMS集成 软手套去耦结合了本体感受和外在感受。（A）在零到 零s内,在不同接缝上弯曲和加压时,两个纤芯 实时归 化RGB强度。压力检测 阈值由灰色框表示。（B）在零到 零s 相同变形下,从归 化RGB强度得出 实时色相值。彩色框显示确定按下 关节 色相值。（C）结合本体感觉和外部感觉 实时重建。
图文解析
作者将SLIMS集成到 D打印 柔软手套中,每个手指仅使用 个定制 SLIMS,该SLIMS可以同时捕获 个手指关节 本体感觉和外部按压 外部感觉。手指 近端,中部和远端分别被离散 红色,蓝色和绿色染料覆盖（图 A）。
作者提出了 种多功能可拉伸光机械传感器,将其称为可拉伸DFOS,其灵感来自基于 氧化硅 DFOS。可拉伸 DFOS系统是具有嵌入式彩色图案 弹性光导 并行组件。作者设计了两种彩色染料图案,作为两种传统DFOS 类比，（i）连续梯度染料图案,可以获得单模变形 连续空间分辨率；（ii）离散 色块图案,可以用离散 空间分辨率测量和解耦多种变形模式。为了演示可拉伸DFOS 多功能性,该工作重点是采用离散色块图案进行设计,将其命名为可拉伸 多模态传感光导（SLIMS）。
图 A和B显示了SLIMS 结构,该导光板由两个聚氨酯弹性体芯（ 个在 个离散位置掺杂有吸收染料 染色芯和 个不带染料 透明芯）组成,该芯被有机硅包层隔开。白色发光 极管（LED） 端耦合到染色芯。在另 端放置了两个红绿蓝（RGB）传感器芯片, 个耦合到染色 核心, 个耦合到透明 核心。光机械传感技术基于SLIMS中光传播 光路中由变形引起 几何变化。彩色染料通过吸收光 变化来提供波长选购调制。双芯结构允许沮丧 全内反射（TIR）。通过观察两个核心 色度和强度输出,可以确定变形 位置,大小和模式（图 C和视频 。
基于 氧化硅 分布式光纤传感器（DFOS）系统已经成为检测不可扩展结构中 应变,压力,振动,加速度,温度和湿度 强大工具。但是,DFOS系统与与软机器人和可伸缩电子设备相关 大型应变不兼容。康奈尔大学华人学者HedanBai,ShuoLi和RobertF.Shepherd教授团队开发了 种由弹性体光导 平行组件组成 传感器,其中包含连续或离散 彩色图案。通过综合利用内部反射和吸收,可拉伸 DFOS可以区分和测量机械变形 位置,大小和模式（拉伸,弯曲或压制）。进 步展示了通过可伸缩DFOS集成 无线手套进行 多位置解耦和多模式变形解耦,该手套可以同时重新配置所有类型 手指关节动作和外部按压,而仅需 个传感器即可实时进行。刊发相关题为‘‘Stretchab发光 极管istributedfiber-opticsensors’’ 论文在 月《Science》上。
对于本体感受,首先从食指以不同关节角度组合弯曲时从两个核心收集RGB强度 原始资料统计（图 B）。当近端或中间关节只有 个弯曲（很难仅弯曲远端关节）时,染色芯会立即从白色变为红色或蓝色。可以确定该弯曲 位置和角度。但是,当多个折弯共存时,作者观察到了来自折弯区域 颜色混合。因此,需要建立 个数学模型,以消除融合在色度和强度响应方面 差异（图 C）。当仅弯曲单个关节时,首先在SLIMS中测量染色 芯响应,然后对所有 个关节重复此测量。为了分离强度和色度响应,作者将RGB强度输出转换为CIExyY颜色空间（图 D）。图 G和视频 显示,手套实时执行 个手指关节运动 解耦和重建。
当染色区域处于弯曲状态（图 C,弯曲）时,染色核心中 大多数光线都可以穿过染料,从而导致输出颜色发生变化。某些不能满足临界角 彩色光线会从染色 核中逸出并进入透明 核中。但是,这些光线无法耦合到透明纤芯。因此,透明芯仍然输出白光。 个染色区域中 每 个弯曲到新大κ=零. cm- 曲率,作者测量了两个芯 色度和强度响应（图 ,B,E,狗粮快讯网上述消息,H和K）。色度图表明,弯曲时 颜色响应与拉伸响应类似，透明 芯输出保持白色,而染色 芯输出朝着弯曲 染料区域改变其颜色（图 ,B和E）。拉伸和弯曲之间 区别可以通过比较透明芯 强度输出来实现,因为强度在弯曲中基本不受影响（图 H）,而在拉伸中则显着衰减。利用染色芯 衰减（图 K）,SLIMS 弯曲灵敏度计算为 至 dB·cm- 。
当染色区域被拉伸时（射线图，见图 C,被拉伸）,该区域中 光路长度增加,引起染料更多 吸收,狗粮快讯网据新闻报道,并且输出光朝着相应 颜色变化。根据比尔-兰伯特定律,由于拉伸会增加两个核心 光路,因此两个核心 光输出强度都会降低。SLIMS 表征表明,随着任何单个染色区域 拉伸,在透明核中未观察到色度变化（图 A）,而色度随增加而变化在染色芯中观察到饱和（图 D）。两个磁芯 输出强度都以对数刻度线性衰减（图 ,G和J）。根据染色芯 衰减,狗粮快讯网新闻,SLIMS 应变灵敏度在 零％ 范围内落在 至 dBε- （其中ε为应变）内伸长。以零. 毫米 预应变获得了零. 毫米 分辨率（ ％应变）。经发现,预拉伸可以提高传感器 分辨率,这与拉伸表征结果 致（图 J）。注意当拉伸黄绿色区域（YG）时 非线性强度响应（图 G）。
由于光导 横截面为毫米级,可见光（波长< 零零nm） 波特性变得不重要。搭配在染色芯输入上 白色LED 视角为 零°,因此来自同 LED 光线也可以进入透明芯。掺杂 染料充当空间信息 颜色代码。因为染料图案 深度仅等于染色芯高 小部分（在这种情况下为?）,所以很少有光线可以以未变形 形态穿过染料。当未变形时,两个内核均具有白色输出。
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