Мягкий оптический датчик научился восстанавливать свою форму при изгибе

Инженеры Массачусетского технологического института создали мягкий листовой датчик, который восстанавливает свою трёхмерную форму при сгибании и скручивании. Внутри эластичного материала проходят оптические волноводы: изменение проходящего через них света позволяет вычислять деформацию поверхности. Устройство продолжало работать даже после повреждения части чувствительных элементов.

Опытный образец размером 16 × 16 сантиметров и толщиной 5 миллиметров содержит 14 эластичных волноводов. Их прозрачная сердцевина окружена непрозрачной оболочкой, а одна сторона сердцевины специально сделана шероховатой. Благодаря этому одинаковый изгиб в противоположных направлениях по-разному изменяет световой сигнал. Электроника расположена по краям листа, поэтому его чувствительная поверхность остаётся полностью мягкой.

Расположение волноводов исследователи подбирали с помощью моделирования. Зигзагообразный рисунок помогает различать формы, которые при более простой схеме давали бы сходные показания. Алгоритм объединяет сигналы и почти в реальном времени строит цифровую копию деформированного листа с точностью лучше сантиметра. Избыточность измерений позволяет сохранять работоспособность при разрыве отдельных волноводов; дополнительно авторы показали возможность регистрации внешнего давления.

В демонстрационном опыте лист обернули вокруг плеча одного из авторов, чтобы отслеживать движения и внешнее воздействие. Разработка потенциально пригодится для мягких роботов, управления виртуальными объектами и наблюдения за движениями во время реабилитации. Однако это лабораторный прототип: исследование не включало клинических испытаний и не доказывает, что устройство уже позволяет оценивать состояние пациентов или улучшать результаты лечения.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Intelligent Systems.