北京
麻省理工学院团队开发的形状传感片即使部分嵌入式光纤被切断，仍能持续重建其整体形态。
麻省理工学院的研究人员开发了一种柔性传感器，能在弯曲、折叠和扭转时重建自身的三维形状。这项技术有望用于远程控制机器人、制造运动追踪服装，以及测量患者在物理康复过程中的进展。
该系统将柔性光纤嵌入硅胶中，利用透射光的变化来追踪表面变形。随后，软件将这些测量数据转换为数字重建模型，几乎实时地跟随材料的运动。
与依赖附着在服装上的刚性传感器的动作捕捉系统不同，该设计在整个传感表面均采用柔性组件。它还能容忍光纤受损，而不会丧失重建整体形状的能力。
柔性光纤追踪运动
研究人员使用柔性橡胶纤芯和黑色橡胶包层制造了光纤。他们特意将每根纤芯的一侧粗糙化，使其对弯曲的响应更具辨识度。
当光纤弯曲时，部分光线会偏离路径发生散射。粗糙表面使这一效应对弯曲方向变得敏感，使研究人员能够通过测量从另一端射出的光来估算每根光纤的弯曲程度。
单根光纤可以检测沿一条线的曲率，但重建整个表面则面临更大的挑战。麻省理工学院团队通过将多根光纤嵌入可拉伸的硅胶片解决了这一问题。
计算机模拟帮助研究人员比较了不同的光纤排列方式，包括棋盘格和锯齿形图案。一种特定的锯齿形配置被证明最能有效捕捉形状片的复杂变化。
软件重建3D形状
研究人员采用该排列方式制作了一块实体形状片。LED将光送入光纤，而另一端的传感器则测量输出。外部电路板负责收集并放大读数。
一种算法将这些测量数据转换为形状片的三维表示。在演示中，研究人员沿对角线向相反方向折叠材料，其数字对应物也随之呈现变化的几何形态。
他们还将形状片覆盖在精确成形的3D打印模具上，以评估其准确性。据麻省理工学院机械工程研究生Qifan Yu称，重建表面的误差小于0.4厘米。
Yu表示，使用刚性传感器的同类系统通常会产生约1至2厘米的误差。团队还证明，即使部分光纤被切断或断开，形状片仍能重建其整体形状。
可穿戴传感器可辅助治疗
研究人员设想了一种服装，让用户能够控制电子游戏角色或远程操作机器人。这项技术还可以帮助物理治疗师测量患者在康复过程中的活动能力。
治疗师可以将这种材料包裹在患者的手臂或腿部，以记录运动和活动范围。反复测量可以帮助临床医生比较不同疗程之间的活动能力，并评估恢复情况。共同作者、麻省理工学院机械工程助理教授Kaitlyn Becker表示，这项技术可以帮助治疗师比较患者随时间的评估结果。
团队目前计划将光纤做得更细。他们当前的光纤直径约为1毫米，但改进后的制造方法可以将厚度降至几十微米。更细的光纤将使研究人员能够在服装中嵌入更多传感元件，从而有可能捕捉到身体运动更精细的细节。
该研究发表在《Advanced Intelligent Systems》期刊上。
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