這項研究發表於最新一期的《科學機器人》(Science Robotics)期刊，在這篇主題為「透過可伸縮光波導的光電方式支配柔性義肢手臂」(Optoelectronically innervated soft prosthetic hand via stretchable optical waveguides)一文中，研究人員詳細描述由光學透明核心(在860nm時約有2dB/cm的傳播損耗)形成化學惰性可伸縮光波導的製造與作業，包覆成為光阻彈性體。一旦其中一端裝配LED，而另一端為光電二極體時，這些彈性體光波導可用於監測任何變形(拉伸、彎曲與壓縮)對於光傳播的影響。763esmc
在這項研究中的彈性體光波導是利用3D列印取得的低成本客制模具製造的，它具有每邊3mm的正方形輪廓，內部核心約1mm寬。其中幾個可容納在氣動的柔性義肢手指中，並可在實際應用環境中測試其感測功能。
用於製造波導的製程步驟(每個步驟都具有相應的橫截面)
實際的波導呈彎曲形狀763esmc
雖然本體感應通常發生在傳統的機械手臂上，並透過馬達運動編碼器結合大型的剛性多軸力/扭矩負載單元執行，但在這項研究中只有一種連續的柔性傳感器能夠有效地支配柔性的義肢手。763esmc
在研究人員開發的柔性機器手上，每支手指都配備三個可彎曲成U型的波導，用於偵測整個手指的軸向應力。而在沒有軸向應力的手指中安裝剛性板，其中一個波導則在指尖處作為觸控傳感器。
由於原始波導模具的表面粗糙度取決於3D列印的解析度，這些波導的光學傳輸性能可經由設計為非等向性。這是因為波導核心接口的「頂部」具有原子級的平滑度，而「底部」核心接口則由於脫膜而具有平均6nm的粗糙度。這等非等向性意味著信號的輸出取決於(向上或向下)彎曲的方向。這種信號傳播的非等向性也可用於左右彎曲偵測的應用。763esmc
利用基于波導的光電傳感器，研究人員得以偵測施加在彈性體矽膠手指的曲率、延展性與應力。
將製造完成的手安裝在機器手臂上、掃瞄計算機滑鼠以及從感測數據中重建輪廓763esmc
分析這些光學數據(波導變形時的光損耗)顯示，這種柔性義肢手可以區別小至5m^-1的曲線，以及0.1mm數量級的粗糙度。在進行展示時，研究人員以手指拖曳簡單對象(如滑鼠)的掃描動作，顯示他們已能純粹從光學數據中重建滑鼠的形狀，包括滑鼠的滾輪與點擊動作。763esmc
這種機器手不僅能偵測形狀和紋理，還可根據三種波導的應力分析，偵測不同測試對象的柔軟度。763esmc
該研究並作出了結論：儘管這種柔性義肢手仍只是一種研究原型，但卻突顯了柔性光波導可作為傳感器的通用性。此外，由于波導傳感器以及致動器主體共享材料庫(矽晶、彈性體…)，使得更多的傳感器均可被整合於致動器或甚至取代致動器主體，以實現更高的傳感器密度。利用來自LED的更大功率範圍(從基礎功率到環境光功率)，以及擴大柔性致動器的壓力範圍，以更多力量按壓對象，從而能夠提高靈敏度。763esmc
研究人員強調，儘管傳感器被建構在手指致動器內部的不同位置，但仍能觀察到信號耦合。他們期望透過納入更多的傳感器擷取更密集的信息，輸出信號也將實現越來越多耦合，但研究人員們預期，由于波導傳感器的輸出極其精確且可重複，可以利用機器學習技術將輸入映像到輸出，或透過收集大量數據以執行更微妙的對象辨識。763esmc
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