Инженеры MIT создали мягкий лист, отслеживающий свою форму

Подробно

Кто и когда разработал сенсорный лист?

Авторы работы - аспиранты MIT Qifan Yu и Nina Cao, а также доцент машиностроения Kaitlyn Becker. Все трое работают на отделении машиностроения MIT в Кембридже (штат Массачусетс, США). Статья «Toward Fully Soft and Multifunctional Shape Sensing via Optical Waveguide Arrays» вышла в журнале Advanced Intelligent Systems 29 июля 2026 года. Пресс-релиз MIT News (автор - Jennifer Chu) появился более чем через два месяца, 8 октября.

По данным MIT, работу частично поддержала компания MathWorks. В статье уточняется, что публикацию поддержали через MathWorks Engineering Research Fellowship, а Nina Cao получает стипендию Министерства энергетики США.

Как лист с оптоволокном восстанавливает 3D-форму?

Образец представляет собой эластомерную пластину размером 16 × 16 см и толщиной 0,5 см. Внутри уложены два слоя по семь мягких оптических волноводов, всего 14, причём каждый проложен зигзагом. Сердечник волновода сделан из прозрачного гибкого полимера, оболочка - из чёрного эластомера.

Одна сторона сердечника намеренно сделана шероховатой. Поэтому при изгибе в одну или другую сторону свет рассеивается по-разному, и по сигналу можно определить направление кривизны. На одном конце каждого волновода стоит светодиод, на другом - фотодиод. Вся электроника вынесена к краям листа. Алгоритм подбирает трёхмерную поверхность, которая лучше всего согласуется с измеренными световыми сигналами.

Схему укладки выбрали после моделирования разных вариантов расположения волноводов и форм изгиба. В итоговой конфигурации зигзагообразные волноводы идут в четырёх направлениях в двух слоях.

Насколько точно и быстро работает прототип?

Точность проверяли на трёх парах форм, напечатанных на 3D-принтере. Среднеквадратичное расстояние между восстановленной и заданной поверхностью составило 0,37, 0,28 и 0,45 см.

При нынешнем, пока не оптимизированном алгоритме средняя частота реконструкции составляет около 3 Гц. Поэтому корректнее говорить об отслеживании формы почти в реальном времени, а не о быстром захвате движения.

Работает ли датчик после повреждения волокон?

В компьютерном моделировании исследователи отключали случайно выбранные волноводы и для каждого числа отказов проводили по 100 испытаний. Ошибка оставалась меньше 0,3 см, пока были повреждены не больше трёх из 14 волноводов.

На настоящем листе авторы делали надрезы и пробивали отверстия, затронув два волновода. После пробивания свет через них перестал проходить, но алгоритм продолжал восстанавливать показанные формы. Устойчивость к трём повреждённым волноводам подтверждена только в моделировании, а не на физическом образце.

Можно ли использовать лист для реабилитации?

Пока только в демонстрациях. Исследователи закрепляли лист ремнями на липучках на предплечье, запястье и локте, причём носил его один из авторов. Других участников не было, эффект для реабилитации клинически не оценивали.

«При физиотерапии часто нужно собирать данные о том, как пациент двигает и растягивает руку во время реабилитации. Отслеживание формы поверхности могло бы быть здесь полезным», - сказал Qifan Yu.

«Мы надеемся создать инструменты, которые дополнят работу физиотерапевта и помогут отслеживать и количественно оценивать прогресс пациентов с течением времени», - отметила Kaitlyn Becker.

По словам Yu, разработка нацелена на полностью мягкие и растяжимые чувствительные поверхности, которые потенциально безопаснее при контакте с человеком. Однако безопасность в клинических условиях эта работа не доказывает. Кроме реабилитации, MIT называет возможными применениями виртуальную реальность, игры и дистанционное управление роботами. Управление игрой или роботом, а также одежда с множеством более тонких волокон пока остаются планами, а не готовыми изделиями.

Какие ограничения есть у разработки?

Авторы сами указывают на ряд ограничений:

• метод рассчитан в основном на изгиб с кривизной до 30 м⁻¹;
• сложные изгибы восстанавливаются недостаточно детально;
• чувствительная поверхность мягкая, но из-за проводов по краям лист в целом не растягивается;
• в отдельном режиме лист определяет место точечного нажатия с погрешностью до 1,5 см, но величина силы нажатия пока не откалибрована;
• форму и давление нельзя измерять одновременно.

Данных о производстве, цене, продаже или сроках выхода на рынок нет. Независимых экспертных оценок этого образца также пока нет.

Были ли похожие разработки раньше?

Сама идея не нова, поэтому называть разработку «первой в мире» нельзя. В 2019 году группа Университета Гонконга описала гибкий датчик, который восстанавливал форму поверхности в реальном времени с помощью оптоволокна с брэгговскими решётками в эластомере. В октябре 2023 года исследователи Йельского университета опубликовали работу о растяжимых листах с электронными датчиками, которые оценивали трёхмерную форму поверхности, в том числе мягкого робота. Для листа длиной 80 мм они сообщали о точности около 3 мм.

Новизна работы MIT в другом. Чувствительная поверхность здесь полностью мягкая, 3D-форма восстанавливается по свету массива мягких волноводов, и физический образец продолжает работать после повреждения двух волноводов.