北京
一块16×16×0.5厘米的硅胶片里，塞进了14根光纤。每根长160毫米，分两层、每层7根，以锯齿形排布。MIT的工程师用它做了一件传统刚性传感器不太好做的事：让薄片自己知道自己被弯成了什么形状。
实验室测试中，这套方案的三维形态追踪误差控制在0.5厘米以内。团队成员、MIT机械工程研究生余启凡（Qifan Yu，音译）给出的参照是：传统刚性传感器方案误差大约在1至2厘米。他的评价是，该成果"至少和现有技术处于同一水平"。
相关论文《通过光波导阵列实现全柔性多功能形状感知》近期发表于《Advanced Intelligent Systems》期刊。
光怎么变成形状
普通光纤由透光纤芯和包裹纤芯的包层构成。光纤弯曲时，抵达远端的光通量会下降；测量输出光强，就能推算弯曲程度。MIT的改动有两处：用柔性橡胶纤芯替代玻璃纤芯，包层改用黑色染料。
更关键的是方向感知。光纤一侧经过刻意粗糙化处理，当光纤向该侧或另一侧弯曲时，光损耗量各不相同。方向信息就藏在这个差值里。
每根光纤一端搭载LED光源，另一端配备光传感器。外置电路板负责采集数据，模数转换器通过I2C总线向微控制器传输数据，算法再把读数还原成完整三维外形。三维重建在MATLAB中运行，每秒大约完成3次，这个速率包含传感器采样、数据记录以及绘图。
传感本体完全柔软，但整片薄片整体不具备拉伸性。电子元器件安置在薄片边缘。
断几根还能用
为确定最优布局，团队先做仿真：给定已知形变形态，模拟每根光纤对应的光输出，再把读数送入重建算法估算三维形状，对比估算结果和真实形状。仿真中每层波导数量在3至20根之间，角度0至35度，针对6种目标形态，叠加10%噪声，每种场景重复30次试验。
结论有点反直觉：调整波导倾斜角度对精度的提升效果，优于单纯增加波导数量。一种锯齿间距方案拟合精度最佳。
抗损毁测试更直接。切断或断开部分光纤后，剩余光纤依旧可以重建整体外形。仿真显示，14根波导中最多3根失效时，误差维持在0.3厘米以内；当失效数量达到5根及以上，误差上升至约1厘米甚至更高。
实体薄片做了对角弯折测试。精度测试把薄片铺在三个已知外形的3D打印模具上，评估指标为真实曲面与重建曲面之间的均方根距离，结果分别是0.37厘米、0.28厘米和0.45厘米。
光纤还能感知压力，因此可以检测外力。在康复演示中，它可以识别按压在前臂上的动作。不过压力感知模块目前无法输出经过校准的压力数值，且压力检测和形状感知两套模式相互独立。
所有可穿戴演示均由论文作者在自身身体上完成。针对手腕、肘关节角度采用简易换算方式，因为关节拉伸会干扰形状重建算法。
先减薄，再谈衣服
余启凡表示，这套系统面向全柔性传感面，在人体周边使用时安全性更高。论文共同作者、MIT机械工程助理教授凯特琳·贝克尔（Kaitlyn Becker）称，团队希望开发工具，帮助物理治疗师长期追踪、量化患者康复进展，实现不同治疗阶段之间更精准的对比。
除此之外，该技术还可在虚拟现实中复刻人体动作、用于机器人远程操控，或是应用于软体机器人。
当前光纤粗约1毫米，还达不到服装应用的理想状态。研究人员计划优先减薄薄片，未来有望做到几十微米，细于人类发丝。增加光纤数量之后，有望打造智能衣物。
团队提出的后续方向包括：替换MATLAB通用求解器，使用运算速度更快的求解方案；增加波导层数、缩小波导尺寸，在更薄的薄片上获取更高细节；开发可以同时测量压力与形态的薄片；以及研发可拉伸电子器件。
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