基于单触 μLED 和 CMOS 阵列灰度成像的光电机械共封装触觉传感技术

《Device》：Opto-electro-mechanical copackaging tactile sensing based on single-contact μLED and CMOS array grayscale imaging

　　

整体概览

对于智能机器皮肤和灵巧的操作器而言，高密度、大面积的触觉感知技术至关重要。传统的电子触觉阵列依赖于矩阵扫描和编码寻址机制，这带来了复杂的布线、笨重的外围电路以及严重的信号串扰问题。这种架构在空间分辨率、系统集成和实时响应速度之间产生了不可避免的平衡冲突。转向光电转换技术可以通过利用快速且抗干扰的光学并行传输来打破这些瓶颈。然而，现有的光学触觉传感器仍然依赖于离散的光源和额外的光电探测器，限制了阵列的可扩展性和小型化。在这项研究中，我们开发了一种基于单接触微发光二极管（μLEDs）、光纤束并行传输和CMOS灰度成像技术的光电机械封装触觉传感框架，实现了无需寻址、可扩展的高速触觉感知功能，适用于机器人系统。

亮点

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高度集成的光电机械封装触觉传感结构

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高容量的并行读出和灰度成像处理

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无需寻址的读出方式，减少了局部扫描和编码电路的复杂性

摘要

传统的电子触觉传感系统大多采用矩阵扫描和编码寻址架构，这会增加电路复杂性，降低传感速度，并限制了传感的精度。本文提出了一种基于单接触发光二极管（SC-LEDs）、光纤束并行传输和CMOS灰度成像技术的光电机械封装触觉传感架构，实现了无需寻址的读出功能。该集成自发射式触觉传感器包含一个导电弹性体微金字塔结构、一个SC-LED以及与光纤输入端共封装的组件。光纤束将来自分布式触觉传感器的多个光学信号并行传输至CMOS阵列，实现了每个触觉传感器与CMOS单元之间的空间对应关系。CMOS灰度成像技术能够识别多通道触觉信号的空间分布和强度。该架构将三维空间触觉信号转换为二维平面光学信号，为智能机器人的触觉感知提供了一套集成化、可扩展且实时的解决方案。

图形摘要