Los investigadores han desarrollado un sensor táctil óptico delgado que puede detectar simultáneamente la resistencia y la ubicación de la presión con alta sensibilidad y estabilidad. El sensor se basa en PDMS y es altamente flexible. Crédito: Takaaki Ishigure, Universidad de Keio
Los investigadores han desarrollado un sensor táctil óptico flexible que puede detectar simultáneamente la resistencia y la ubicación de la presión con alta sensibilidad y estabilidad. El avance en la detección táctil allana el camino para las interfaces táctil robótico de próxima generación, el diagnóstico médico avanzado y la electrónica portátil altamente receptiva.
“A diferencia de los sensores táctiles ópticos convencionales, que tienden a tener una sola ruta de entrada-salida, nuestro diseño de sensores logra múltiples canales ópticos al incrustar las guías de onda ópticas de polímeros en caucho de silicona”, dijo el líder del equipo de investigación Takaaki Ishigure de la Universidad de Keio en Japón. “Esto permite detectar presión en más de un lugar con un diseño escalable y adaptable a diversas aplicaciones”.
En la revista Optics Express, los investigadores Detalle la fabricación de un sensor táctil óptico de cuatro canales que mide 5 x 1.5 centímetros y solo 500 micras de espesor. Muestran que puede detectar con precisión las posiciones de presión con una resolución espacial de aproximadamente 1,5 mm.
“Mirando hacia el futuro, esta tecnología podría redefinir la forma en que interactúan las máquinas y los humanos”, dijo el primer autor del periódico Yuantian Yin, también de la Universidad de Keio. “Por ejemplo, podría brindar a los sistemas robóticos de alta precisión toque, asegurando una colaboración humana-robot más segura y más intuitiva. En la atención médica, los sensores táctiles podrían integrarse en extremidades protésicas biónicas para proporcionar comentarios táctiles que permitan una mayor comprensión y manipulación natural”.
Utilizando su método de fabricación de mosquitos, los investigadores crearon un patrón de ventilador de múltiples rutas de luz delgada dentro de una hoja delgada de PDMS. Esto creó cuatro canales ópticos que podrían usarse para la detección de presión. Crédito: Takaaki Ishigure, Universidad de Keio
Creación de múltiples rutas ópticas
Aunque otros grupos de investigación han demostrado sensores táctiles delgados y flexibles al incorporar fibras ópticas comerciales de vidrio en láminas de polímeros, estos diseños generalmente tienen una sola ruta óptica. Esto significa que se deben usar arreglos de cableado complejos y rígidos para lograr las configuraciones multicanal necesarias para la detección de presión desde más de una ubicación.
Para crear un sensor táctil óptico con múltiples canales ópticos, los investigadores utilizaron un método que desarrollaron previamente para fabricar guías de onda ópticas de polímeros. Conocido como el método de mosquito, utiliza una jeringa para inyectar un monómero de resina líquida en otro que se ha extendido en una hoja delgada en un sustrato. Los líquidos se curan para solidificar los materiales. Este enfoque permite crear cableado de núcleo 3D y núcleos circulares como los que se encuentran en las fibras ópticas tradicionales, que son difíciles de producir utilizando métodos de fabricación principales convencionales.
“Con el método de mosquito, formamos núcleos de polímeros dentro de una lámina de caucho flexible de silicona conocido como PDMS en un solo paso, lo que aumenta en gran medida la flexibilidad del diseño estructural de la guía de onda”, dijo Ishigure. “Este método nos permite controlar cómo se guía la luz y, por lo tanto, la sensibilidad del sensor, ajustando propiedades como el confinamiento y el tamaño del núcleo. Esto no sería posible con las fibras ópticas comerciales que tienen propiedades fijas”.
Los investigadores probaron el sensor aplicando la presión controlada con una punta de los dedos. Crédito: Takaaki Ishigure, Universidad de Keio
Detección táctil basada en la guía de onda
Usando el método de fabricación de mosquitos, los investigadores crearon múltiples rutas de luz delgada dentro de una hoja delgada de PDMS para crear un sensor táctil óptico. Cuando no se aplica presión, la luz se transmite a través de todas las rutas hasta que alcanza el lado de salida de la lámina. Sin embargo, cuando se presiona un punto en la superficie de la lámina, el área alrededor de ese punto se comprime, lo que provoca la ruta de la luz debajo del punto para doblarse.
Si la curva es lo suficientemente afilada, algunas fugas de luz de la ruta, lo que disminuye la intensidad de la luz. Al monitorear qué rutas de luz se más atenuan y por cuánto, es posible determinar dónde se aplicó la presión y qué tan fuerte era, haciendo posible la detección táctil distribuida.
Para probar el sensor, los investigadores aplicaron la presión controlada con una punta de los dedos o un medidor de fuerza mientras monitorean la salida óptica. El sensor detectó con éxito la presión de la punta de los dedos que era aproximadamente la misma que al tocar un icono en la pantalla de un teléfono inteligente y demostró sensibilidades de presión de 8.7 a 10.9 dB/MPa. También detectó cambios en la intensidad de la luz dentro de los 33 ms, se recuperó bien después de los ciclos repetidos y identificó posiciones de presión con una resolución espacial de aproximadamente 1,5 mm.
Según los investigadores, estos resultados confirmaron la alta sensibilidad, confiabilidad y repetibilidad del sensor.
El trabajo futuro se centrará en mejorar la resolución espacial del sensor y extenderlo aún más a las estructuras de guía de onda cruzada 3D para lograr una percepción táctil distribuida de gran densidad de área múltiple, múltiples y alta densidad. El equipo también planea refinar el proceso de fabricación para reducir los costos y mejorar la integración, al tiempo que explora las aplicaciones del mundo real en la interacción humana-máquina.
Más información: Yuantian Yin et al, detección táctil basada en PDMS: sensor distribuido con una guía de onda de polímero múltiple, Optics Express (2025). Dos: 10.1364/oe.572242
Cita: el sensor de tacto óptico flexible identifica simultáneamente la fuerza y la ubicación de la presión (2025, septiembre) Recuperado el 18 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-flexible-ptical-sensor-simultáneamente a presión.html
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