Инженеры MIT создали мягкий датчик формы с погрешностью меньше 4 мм
«Мы разрабатываем полностью мягкие и растяжимые чувствительные поверхности», — говорит аспирант MIT Цифань Юй. Инженеры института создали мягкий силиконовый датчик формы, который отслеживает изгибы и почти в реальном времени воспроизводит свою форму в цифровом виде.
О результатах испытаний сообщает MIT News.
Разработчики предлагают в будущем встраивать такие датчики в одежду. Человек мог бы движениями управлять персонажем видеоигры или роботом на расстоянии. Ещё одно возможное применение — физиотерапия: лист можно обернуть вокруг руки или ноги пациента, чтобы фиксировать подвижность и диапазон движений во время занятий.
Похожие задачи решают костюмы для захвата движений, но в них жёсткие датчики размещают в отдельных точках. Команда MIT использовала мягкие оптические волокна, проложенные зигзагами внутри растяжимого листа. Когда поверхность сгибается, волокна повторяют её форму и меняют количество проходящего через них света. Алгоритм анализирует сигналы от нескольких волокон и по ним восстанавливает трёхмерную форму листа.
Как мягкий датчик формы определяет направление изгиба
Волокна изготовлены из прозрачной гибкой резины с чёрной оболочкой из того же материала. Одну сторону сердцевины исследователи сделали шероховатой. Благодаря этому свет рассеивается по-разному в зависимости от направления изгиба волокна. По количеству света на выходе можно оценить силу изгиба, а изменённая поверхность позволяет определить его направление.
Прежде чем изготовить лист, команда проверила в симуляциях несколько схем укладки волокон. Зигзагообразное расположение позволило точнее всего восстановить заданную форму поверхности. В готовом образце на одном конце каждого волокна установили светодиод, на другом — датчик света. Измерения поступают на внешнюю плату, после чего алгоритм собирает цифровую модель.
Во время опытов исследователи сгибали лист по диагонали в разные стороны, а виртуальная модель повторяла движения почти в реальном времени. Для проверки точности лист также укладывали на напечатанные на 3D-принтере формы. По словам Юя, у конструкций на жёстких датчиках погрешность составляет около 1—2 см. Если несколько волокон в листе MIT перерезать или отключить, оставшиеся всё равно позволяют восстановить его общую форму.
Сейчас толщина оптических волокон составляет 1 мм. Следующим шагом исследователи называют их уменьшение: другие способы изготовления могут сделать волокна толщиной в десятки микрометров. Тогда в одежду можно будет встроить больше датчиков и отслеживать более мелкие изменения формы, в том числе во время физиотерапии.
