光学微纳米光纤触觉传感器和软致动器的研究进展

光学微/纳米纤维（MNF）是光纤和微/纳米技术的完美结合，是近年来开发的一种新型微/纳米波导结构

与标准光纤相比，MNF具有更小的直径和更大的纤芯包层折射率对比，因此它具有独特的光学特性，包括低传输损耗、强光场约束、大渐逝场、小弯曲半径、小质量以及与标准光纤的兼容性

具有高灵敏度、小尺寸和低功耗的MNF柔性光电器件已广泛应用于触觉传感器和软致动器领域。迄今为止，柔性MNF传感器，也称为“光学皮肤”，已被用于监测压力、温度、硬度、脉搏和呼吸，具有高灵敏度、快速响应和抗电磁干扰的特点

此外，支持MNF的软执行器为微操作和微机器人技术提供了一种新策略。MNF在柔性光电子领域具有独特的性能，在机器触觉、人机交互、医疗监测和微纳机器人等领域具有广阔的应用前景

发表在《光电科学》上的一篇综述涵盖了MNF触觉传感器和执行器的两个部分。首先，从光纤拉丝、聚合物封装、器件制备和系统集成等方面介绍了MNF触觉传感器的制造方法。然后，本文介绍了结构设计、传感机制、性能特点和应用领域，如指尖/径向脉冲监测、数据手套、智能腕带、触觉纺织品和工业/医疗机器人

从机械上讲，支持MNF的触觉传感器根据其结构可分为锥形（单锥）、双锥型、谐振器型、光栅型、干涉仪型和微耦合器型

传感信号主要通过波长解调和强度解调提取。通过跟踪谐振波长的运动进行波长解调主要用于WGM谐振器、FP谐振器、Theta谐振器、Sagnac谐振器、光纤布拉格光栅等。

强度检测是一种更简单的检测方法，它使用小型化的半导体光源和光电二极管来监测MNF透射率的变化，从而实现传感系统的小型化和传感信号的高效采集

支持MNF的数据手套、智能腕带、智能纺织品、接近和触觉复合多参数交互界面实现了光源、光电探测器和MNF传感器的系统集成。它们重量轻、灵敏度高，在人机交互领域具有低功耗和抗电磁干扰的特点

MNF还具有高柔量和强渐逝场，使MNF启用的光致动器具有较大的角变形，能够稳定地安全夹紧小物体

总之，本文回顾了基于MNF的触觉传感器/执行器研究的最新进展和亮点，并展望了其在分布式传感、具有复杂变形和传感能力的软执行器以及人工智能增强传感器/执行机构等领域的巨大应用潜力 More information: Lei Zhang et al, Optical micro/nanofiber enabled tactile sensors and soft actuators: A review, Opto-Electronic Science (2024). DOI: 10.29026/oes.2024.240005