Тактильный датчик — это устройство, которое измеряет информацию, возникающую в результате физического взаимодействия с окружающей средой. Тактильные датчики обычно моделируются по образцу биологического чувства кожного прикосновения , которое способно обнаруживать стимулы, возникающие в результате механической стимуляции, температуры и боли (хотя ощущение боли не является обычным явлением в искусственных тактильных датчиках). Тактильные датчики используются в робототехнике , компьютерной технике и системах безопасности . Тактильные датчики обычно применяются в устройствах с сенсорным экраном на мобильных телефонах и компьютерах .
Тактильные датчики могут быть разных типов, включая пьезорезистивные , пьезоэлектрические , оптические, емкостные и эласторезистивные датчики. [3]
Тактильные датчики появляются в повседневной жизни, например, кнопки лифта и лампы, которые тускнеют или становятся ярче при прикосновении к основанию. Существует также бесчисленное множество других применений тактильных датчиков, о которых большинство людей даже не подозревает.
Датчики, которые измеряют очень небольшие изменения, должны иметь очень высокую чувствительность. Датчики должны быть спроектированы так, чтобы оказывать небольшое влияние на измеряемые параметры; уменьшение размера датчика часто улучшает эту ситуацию и может дать другие преимущества. Тактильные датчики можно использовать для проверки производительности всех типов приложений. Например, эти датчики использовались при производстве автомобилей (тормоза, сцепления, дверные уплотнители, прокладки ), ламинировании аккумуляторов , болтовых соединениях, топливных элементах и т. д .
Тактильная визуализация , как метод медицинской визуализации, переводя ощущение осязания в цифровое изображение, основана на тактильных датчиках. Тактильная визуализация во многом имитирует ручную пальпацию, поскольку зонд устройства с установленным на его лицевой стороне массивом датчиков давления действует аналогично человеческим пальцам во время клинического обследования, деформируя мягкие ткани с помощью зонда и обнаруживая результирующие изменения в характере давления.
Роботы, предназначенные для взаимодействия с объектами, требующими точности, ловкости или взаимодействия с необычными объектами, нуждаются в сенсорном аппарате, который функционально эквивалентен тактильным способностям человека. Тактильные датчики были разработаны для использования с роботами. [4] [5] [ нужен лучший источник ] Тактильные датчики могут дополнять визуальные системы, предоставляя дополнительную информацию, когда робот начинает захватывать объект. В это время зрения уже недостаточно, поскольку механические свойства объекта не могут быть определены только зрением. Определение веса, текстуры, жесткости , центра масс , коэффициента трения и теплопроводности требует взаимодействия с объектами и своего рода тактильного восприятия.
В роботах разных типов используются несколько классов тактильных датчиков для задач, связанных с предотвращением столкновений и манипулированием. [ нужна цитация ] Некоторые методы одновременной локализации и картографирования основаны на тактильных датчиках. [6]
Массивы датчиков давления представляют собой большие сетки тактелей. «Тактель» — это «тактильный элемент». Каждый тактель способен обнаруживать обычные силы. Датчики на базе Tactel обеспечивают «изображение» контактной поверхности с высоким разрешением. Помимо пространственного разрешения и чувствительности к силе, важны вопросы системной интеграции, такие как проводка и маршрутизация сигналов. [7] Массивы датчиков давления доступны в тонкопленочной форме. Они в основном используются инженерами и техническими специалистами в качестве аналитических инструментов в процессах производства и исследований и разработок , а также адаптированы для использования в роботах. Примеры таких датчиков, доступных потребителям, включают матрицы, изготовленные из проводящей резины , [8] цирконат-титаната свинца (PZT), поливинилиденфторида (PVDF), PVDF-TrFE, [9] FET , [10] и металлических емкостных датчиков [11] [ 12] элементы.
Было разработано несколько видов тактильных датчиков, которые используют технологию, подобную камере, для предоставления данных с высоким разрешением. Ключевым примером является технология Gelsight, впервые разработанная в Массачусетском технологическом институте, которая использует камеру за непрозрачным гелевым слоем для достижения тактильной обратной связи с высоким разрешением. [13] [14] В датчике «Видеть сквозь кожу» (STS) Samsung используется полупрозрачный гель для создания комбинированного тактильного и оптического изображения. [15]
Розетки тензорезисторов состоят из нескольких тензорезисторов , каждый из которых определяет силу в определенном направлении. Когда информация от каждого тензодатчика объединяется, она позволяет определить структуру сил или крутящих моментов. [16]
Было предложено множество биологически вдохновленных конструкций: от простых датчиков в форме усов, которые измеряют только одну точку за раз [17] и более совершенных датчиков, похожих на кончики пальцев, [18] [19] [20] до законченных датчиков, похожих на кожу. как и в последней версии iCub . Тактильные датчики, основанные на биологии, часто включают в себя более одной стратегии восприятия. Например, они могли бы обнаруживать как распределение давления, так и структуру сил, которые будут исходить от массивов датчиков давления и розеток тензодатчиков, обеспечивая двухточечное распознавание и измерение силы с человеческими способностями.
Усовершенствованные версии тактильных датчиков биологической конструкции включают в себя чувствительность к вибрации , которая, как было установлено, важна для понимания взаимодействия между тактильным датчиком и объектами, когда датчик скользит по объекту. Сейчас считается, что такие взаимодействия важны для использования человеком инструментов и оценки текстуры объекта. [18] Один из таких датчиков сочетает в себе измерение силы, измерение вибрации и измерение теплопередачи. [2]
Недавно сложный тактильный датчик стал открытым аппаратным обеспечением , что позволяет энтузиастам и любителям экспериментировать с дорогостоящей технологией. [21] Кроме того, с появлением дешевых оптических камер были предложены новые датчики, которые можно легко и дешево изготовить с помощью 3D-принтера. [22]
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )