Vooruitgang in optische micronanovezel-gestuurde tactiele sensoren en zachte actuatoren

Optische micro-/nanofiber (MNF) is een nieuw type micro-/nano-golfgeleiderstructuur dat de afgelopen jaren is ontwikkeld. Het is een perfecte combinatie van glasvezel en micro-/nanotechnologie.

Vergeleken met standaardvezels heeft MNF een kleinere diameter en een groter contrast in de brekingsindex van de kernmantel. Hierdoor biedt het unieke optische eigenschappen, waaronder een laag transmissieverlies, een sterke lichtveldbeperking, een groot uittredend veld, een kleine buigradius, een kleine massa en compatibiliteit met standaardvezels.

MNF-enabled flexibele opto-elektronische apparaten met hoge gevoeligheid, kleine omvang en laag stroomverbruik worden veel gebruikt in de velden van tactiele sensoren en zachte actuatoren. Tot op heden zijn flexibele MNF-sensoren, ook bekend als “optische huid”, gebruikt om druk, temperatuur, hardheid, pols en ademhaling te bewaken met hoge gevoeligheid, snelle respons en anti-elektromagnetische interferentie.

Bovendien bieden de MNF-enabled soft actuators een nieuwe strategie voor micromanipulatie en microrobotica. MNF’s hebben unieke eigenschappen op het gebied van flexibele opto-elektronica en hebben brede toepassingsmogelijkheden op het gebied van machinehaptiek, mens-computerinteractie, medische monitoring en micro-nanorobots.

A beoordeling gepubliceerd in Opto-elektronische wetenschap behandelt twee delen van MNF-compatibele tactiele sensoren en actuatoren. Eerst wordt de productiemethode voor MNF-tactiele sensoren gepresenteerd vanuit de aspecten van vezeltrekken, polymeerverpakking, apparaatvoorbereiding en systeemintegratie. Vervolgens introduceert de review structureel ontwerp, detectiemechanisme, prestatiekenmerken en toepassingsgebieden, zoals vingertop-/radiale pulsbewaking, datahandschoenen, slimme polsband, tactiele textiel en industriële/medische robots.

Mechanistisch gezien kunnen MNF-compatibele tactiele sensoren worden gecategoriseerd in het taps toelopende type (enkele kegel), het type met dubbele kegel, het resonatortype, het roostertype, het interferometertype en het microkoppeltype, afhankelijk van hun structuur.

Het sensorsignaal wordt voornamelijk geëxtraheerd door golflengtedemodulatie en intensiteitsdemodulatie. Golflengtedemodulatie door het volgen van de beweging van resonante golflengte wordt voornamelijk gebruikt in WGM-resonatoren, FP-resonatoren, Theta-resonatoren, Sagnac-resonatoren, Fiber Bragg Grating, etc.

Intensiteitsdetectie is een eenvoudigere detectiemethode, waarbij gebruik wordt gemaakt van een geminiaturiseerde halfgeleiderlichtbron en een fotodiode om de verandering van de transmissie van MNF te bewaken. Zo kan een sensorsysteem worden geminiaturiseerd en kunnen sensorsignalen efficiënt worden verkregen.

De MNF-enabled data glove, smart wristband, smart textiles, proximity en tactiele composiet multi-parameter interactieve interfaces hebben de systematische integratie van lichtbron, fotodetectoren en MNF-sensoren gerealiseerd. Ze zijn lichtgewicht, gevoelig en hebben een laag stroomverbruik en anti-elektromagnetische interferentie op het gebied van mens-computerinteractie.

MNF’s hebben bovendien een hoge compliantie en een sterk evanescent veld, waardoor MNF-fotoactuatoren met een grote hoekvervorming stabiel zijn voor het veilig vastklemmen van kleine objecten.

Samenvattend geeft dit artikel een overzicht van de baanbrekende vooruitgang en hoogtepunten van het onderzoek naar MNF-gestuurde tactiele sensoren/actuatoren en blikt vooruit op het grote potentieel van toepassingen op het gebied van gedistribueerde detectie, zachte actuatoren met de mogelijkheid van complexe vervorming en detectie, en AI-verbeterde sensoren/actuatoren.