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超越光學系統(tǒng)局限!新型光學觸覺傳感器為先進生物識別技術(shù)鋪平道路

發(fā)布:cyqdesign 2024-10-30 15:29 閱讀:105

作為下一代生物識別技術(shù),光學觸覺傳感器正受到廣泛關注。這些傳感器能夠從單個圖像中分析動態(tài)力,超越了現(xiàn)有光學系統(tǒng)的局限性,在筆跡情感分析、表面特征描述和防偽措施等不同領域創(chuàng)造了潛在的應用。

由UNIST能源與化學工程學院的Jiseok Lee教授、Hyunhyub Ko教授和 Donghyuk Kim教授以及首爾國立大學的Jungwook Kim教授組成的合作研究小組,開發(fā)出了一種能實時分析動態(tài)觸摸信號的光學觸覺傳感器。這項研究成果發(fā)表在《自然·通訊》(Nature Communications)上。

基于上轉(zhuǎn)換納米晶體 (UCN) 的光學觸覺傳感器,類似于人類皮膚。

以前的傳感器僅限于測量靜態(tài)力或動態(tài)力,而這一研究團隊開創(chuàng)的技術(shù)可以同時分離和分析這些力。值得注意的是,這一進步為直觀呈現(xiàn)手寫速度和壓力的變化,以及通過機器學習分析進行個體識別提供了新的可能性。

這項創(chuàng)新技術(shù)的核心是上轉(zhuǎn)換納米粒子,它有助于對動態(tài)力進行高分辨率測量,并通過吸收近紅外線準確檢測外部刺激。

為了加強數(shù)據(jù)分析,研究團隊采用了機器學習技術(shù),以更精確地處理傳感器收集的數(shù)據(jù)。他們的機器學習算法有效地分離了動態(tài)觸摸信號中的垂直壓力和摩擦剪切力,并準確地識別了這些力的方向。通過有限元分析,進一步確認了傳感器內(nèi)力傳輸路徑和信號變化的有效性。

傳感器的設計模仿了人體皮膚的感覺結(jié)構(gòu),提供了力檢測的放大功能。它能從單個光學圖像中同時分辨出垂直壓力和摩擦剪切力,能夠檢測出物體受到輕壓時產(chǎn)生的低至 0.05 牛頓的微小力,并擁有令人印象深刻的9.12毫秒響應時間。

高時空光學觸覺識別演示

所開發(fā)的傳感器不僅可用于手寫分析,還可用于指紋識別和盲文解讀。在實踐中,研究團隊已經(jīng)實現(xiàn)了將盲文轉(zhuǎn)換為語音的系統(tǒng),證明了傳感器在動態(tài)生物識別系統(tǒng)和防偽場景中的實用性。

Lee教授指出:“這是第一項通過模仿人體皮膚的感覺結(jié)構(gòu),同時將靜態(tài)壓力和動態(tài)摩擦可視化的研究,通過機器學習將這兩種力分離,實現(xiàn)了實時分析!

第一作者 Changil Son 強調(diào)說:“這種簡單的傳感器結(jié)構(gòu)為未來在動態(tài)壓力量化方面的應用帶來了希望,尤其是在高靈敏度手寫檢測方面!

共同作者 Chaeyong Ryu 說:“這些進展將有助于開發(fā)適用于機器人技術(shù)的基于人工智能學習的傳感器!

相關鏈接:https://techxplore.com/news/2024-10-optical-tactile-sensors-pave-advanced.html

論文鏈接:https://dx.doi.org/10.1038/s41467-024-52331-4

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