一种基于光的新型压力传感器可以制造出敏感的人造皮肤，使机器人拥有更好的触觉，为人类提供可穿戴的血压计，以及光学透明的触摸屏和设备。
在光学学会(OSA)杂志上光学信研究人员报告了一种传感器，通过分析通过嵌在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中微小隧道的光量变化来检测压力，聚二甲基硅氧烷是一种常见的硅胶。这种灵活透明的装置即使对轻微的压力也很敏感，与以前类型的压力传感器相比，也不太容易发生故障。研究人员说，将嵌入式光学传感器整合到一个大的表面区域也应该是可行的。
韩国大田电子与电信研究所Suntak Park说:“硅胶片可以放在显示面板上，以实现触摸屏，或者可以包裹在机器人表面作为人工皮肤层，用于触觉交互。”“考虑到PDMS是一种非常著名的生物相容性无毒材料，传感器片甚至可以应用于人体表面或内部，例如，用于监测血压。”
测量曲面上的压力分布在空气动力学和流体动力学等研究领域是很重要的。Park说，这种传感器可以用于研究飞机、汽车和船舶表面的压力相关效应。
避免干扰
现有的大多数压力传感器都是基于电子器件。例如，常被用作加速度计、流量计和气压传感器的压阻传感器在受到机械应变时改变其电阻。电子系统的问题在于，它们可能受到来自电源、附近仪器和带电物体的电磁干扰。它们还含有金属成分，会阻挡光线并容易腐蚀。
Park说:“我们的方法几乎没有这些问题，因为传感装置嵌入在硅橡胶制成的薄片中间。”“与电气方法相比，我们的光学方法特别适合于利用大面积可行性、抗电磁干扰和高视觉透明度的应用。”
用光感知压力
该装置的工作原理是通过一对被称为光子隧道结阵列的精确排列的微型管来测量光的流动。“压敏光子隧道结阵列由导光通道组成，外部压力改变通过它们传输的光的亮度，”Park说。“这类似于阀门或水龙头在分流节点上的工作方式。”
这些管或波导彼此平行运行，并嵌入在PDMS中。由于它们的长度足够近，光穿过第一根管子，即通道1，就可以进入第二根管子，即通道2。当施加压力时，PDMS被压缩，改变通道之间的间距，允许更多的光进入通道2。压力还会引起PDMS折射率的变化，从而改变光线。
光通过一端的光纤进入设备，并由另一端的光电二极管收集。随着压力的增加，更多的光进入通道2，而更少的光进入通道1。通过测量从每个通道远端发出的光的亮度，研究人员就能知道施加了多大的压力。
虽然已经开发了其他光学压力传感器，但这是第一次将传感结构嵌入到PDMS中。嵌在里面可以保护它不受污染。
描述:压力传感器由一系列波导组成(顶部)。当波导之间的间隙变窄时，来自第一个通道的光可以跳转到第二个通道(底部)。更高的压力使间隙变窄，允许更多的光从通道1进入通道2。资料来源:韩国大田电子与电信研究所Suntak Park
进行测试
为了测试该设备，研究人员在传感器顶部放置了一个“压杆”，并逐渐增加压力。在一个5毫米长嵌入50微米厚的PDMS薄片的传感器中，研究人员在大约40千帕(kPa)的压力下测量了140%的光功率变化。这一概念验证演示表明，该设备能够感知低至1千帕的压力，与人类手指的灵敏度大致相同。心跳之间的血压变化约为5kpa。
Park说，将传感器从实验室演示转化为实用设备需要几个步骤。一种是开发一种更简单的方法来连接光纤，使光线进出传感器。在开发原型时，研究团队使用了精密校准工具，这对于大多数商业应用来说太昂贵和耗时了。另一种被称为辫子纤维的方法，电信公司用它来耦合系统中的纤维，应该会使这个过程更容易。
此外，该团队用一维传感器测试了他们的方法，而大多数应用程序都需要二维传感器阵列。这也许可以通过将一维薄片旋转90度并将其放在另一个薄片上来实现，从而创建一个交叉孵化的数组。传感器的尺寸和它们之间的间距也可能需要针对不同的应用进行优化。
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