利用弹性应变传感器，音乐家专用VR手套可实现隔空演奏
2016-06-20 14:10:44   来源：EE Times   评论：0   点击：

日本静冈大学电子学研究所与乐器制造商雅马哈（Yamaha）公司研究人员携手，针对在可穿戴设备中的弹性应变传感器使用长度约毫米波级的多壁碳纳米管（MWCNT）展开研究。

该乐器制造商不仅着眼于在虚拟现实（VR）应用，以轻质且软性的数据手套取代大型且笨重的手套，同时也看好这种数据手套将会自然地满足音乐家的需要——透过这种超薄且可伸展的软性传感器，更能有效地监测音乐家极其细微的手指动作。

在最近发表于《ACS Sensors》期刊中一篇名为“结合MWCNT/弹性塑料的可伸展传感器实现快速响应的人体动作检测”（Rapid-Response, Widely Stretchable Sensor of Aligned MWCNT/Elastomer Composites for Human Motion Detection）的研究报告，日本研究人员发表这种专为整合于可穿戴感测系统（无论是针对手臂、手部或手指等）而设计的薄型CNT应变传感器研究成果。

研究人员们用单向对齐的MWCNT薄层浸渍弹性体，使电极的每一个末端都具有导电膏，从而形成了几公分长的传感器，而且还可拉伸更长2倍。所取得的这些应变传感器仅有几微米厚，但具有不到15ms的反应时间以及超过10的量规因子（即更高灵敏度）。

这些应变传感器同时表现出可重复性，且具有很高的电阻变化线性度。研究人员将此结果归功于使用较长的CNT束（以及300-800μm长的MWCNT）。虽然弹性化造成的裂缝与间隙会导致阻抗增加，但由于MWCNT较长，仍与相邻的CNT彼此滑动与摩擦而保持接触，确保更能逐渐减少导电率受到间隙产生的影响。而在收缩时，MWCNT能够更密集地重组，并恢复原有的阻力。

更重要的是，这些新的传感器不需要任何特殊的读取电路或放大器，但可抗外部噪声以及对于相当高阻抗范围的高度灵敏度，使其易于整合至以织品布料打造的可穿戴设备中。

研究人员指出，这种柔性且可伸展的应变传感器适用于运动、健康、复建与机器人等不同领域的应用，可用于动态测量与分析各种动作。研究人员还开发出一款整合CNT应变传感器的袖套原型，透过导电镀银合成纤维连接至可伸缩的压缩织品中。最新的设计是一款软性数据手套（如图中钢琴家手上戴的），能够侦测手指关节的细部动作（手套上的黑色条纹即CNT应变传感器），而不至于妨碍配戴者的动作。

Yamaha研发部材料与零件组经理Katsunori Suzuki分享Yamaha对于这种产品发展远景的看法。“在研究报告中介绍的这种数据手套是专为检测音乐家肌张力不全（一种神经性的动作障碍）时的手指动作而设计的，它是我们与日本一家大学合作进行的研究。”

“我们目前并未计划销售这项技术给消费者，但将在2016年针对VR应用发表更可靠的设计。”

在今年于东京举办的第二届可穿戴设备展会上，Yamaha利用其VR手套原型进行了一场现场钢琴演奏，透过迭加传感器数据于VR的虚拟双手上，并与钢琴家的手指动作同步演奏。

“我们正在研究如何使VR手套的应用成为一种辅助钢琴家改善演奏技巧的工具。我们认为VR手套十分适合搭配音乐学习软件，以提供实时的建议，”Suzuki铃木补充说，“因为我们的VR手套较CyberGlove等市场上现有的手套更轻薄且更具有伸缩弹性。”

更坚固耐用版VR，具有追踪标记，适于工业VR应用

该公司并以相同的系统展示了在早期设计时间的VR手动组装原型，仿真汽车引擎的组装过程。手套的配戴者还可以同时戴上Oculus Rift头戴设备，显示汽车引擎的3D CAD数据，以及随VR手套的动作模拟组装者的手部动作。在此情况下，手套分别搭载了在自由空间下的手部追踪动作标记。

基于CNT-应变传感器的开发工具包

Yamaha已经开始为户推出传感器开发工具包了，其中包括两个传感器带，以及一个可拆卸的蓝牙无线发射器。此外，该公司还发表一款“布线系统”（wiring systems），可直接连接USB端口以显示来自传感器的原始数据。