近日，我院光信息技术课题组在《Optics and Lasers in Engineering》期刊上发表了一项引人注目的研究成果：仅使用一根单模光纤，成功制造出具有高密度触觉感知节点的柔性“光学智能皮肤”（o-skin）。这项技术有望彻底改变机器人、假肢和可穿戴设备的触觉感知方式，为人机交互带来前所未有的细腻体验。郝鹏研究员为论文第一作者，姚晓天教授为通讯作者。
传统电子触觉传感器阵列通常需要为每个传感节点配备独立的数据通道和电源线，导致布线复杂、功耗高、易受电磁干扰，且难以实现大面积、高分辨率的多点同时感知。我院姚晓天教授课题组创新性地提出了 “分布式偏振分析（DPA）”结合单模光纤的解决方案。研究人员将一根光纤以蛇形蜿蜒的方式铺设在由柔性不锈钢箔制成的触摸点阵列与基底之间。当外力按压触摸点时，会通过光弹性效应在下方光纤局部产生与压力成正比的双折射变化。团队开发的高精度DPA系统，能够实时解析沿光纤每一点的双折射信息，并将其精确换算为对应触觉节点所受压力的大小与位置。这意味着，仅凭一根光纤，就能同时实现成百上千个触觉节点的独立、同步感知。实验表明，这款光学智能皮肤展现出优异的综合性能：传感节点密度最高可达100个/平方厘米，空间分辨率达1毫米。最小可检测力低至3.3×10⁻⁴ N（约0.034克力），最大可检测力达8.4N，动态范围高达44dB。传感节点输出与施加压力呈优异线性关系，保证了测量的准确性与可靠性。系统可同时识别并定位大面积皮肤上多个点的压力分布，并成功演示了对52个节点同时施加压力时的精确成像。
论文通讯作者姚晓天教授表示，“它以其结构简单、节点密度高、覆盖面积大、能耗低和性能优越的特点，在降低系统复杂性的同时，为机器人感知、人机交互乃至更广泛的物联网感知领域开辟了一条全新的技术路径。”
该研究得到了河北大学高层次人才项目、河北省自然科学基金及河北大学自然科学交叉学科研究项目的支持。
