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雖然視覺在機器人的感知中占主導地位，但視覺受限的動物卻能使用其他感知形式（如觸覺）巧妙地導航環境，科學家已經努力將具有觸覺感知的人造皮膚應用于機器人，以獲得類似復雜的移動和操作技能。
一種新的合成材料可以創建一個類似于生物神經系統的相關感官網絡，可以使軟機器人感知它們如何與環境相互作用并相應地調整它們的行為。在功能上模仿傳入感覺神經網絡的能力，這是全身分布式傳感和通信網絡所必需的，現在仍然缺乏。這種限制部分是由于機器人體內的機械傳感器缺乏協整性。
在這里，分布在3d打印彈性體框架中的可拉伸光纖的連接創造了一個協整體、傳感和通信網絡。這種軟的、功能性的結構能夠以亞毫米級的定位精度（誤差為0.71毫米）和亞牛頓級的力分辨率（約0.3牛頓）定位變形。
“我們希望有一種方法來測量高度可變形物體的應力和應變，我們希望使用硬件本身，而不是視覺，”實驗室主任Rob Shepherd說，機械和航空航天工程副教授和論文的高級作者。“從生物學角度考慮這個問題的一個好方法。一個盲人仍然可以感覺到，因為他們的手指傳感器會在手指變形時變形，機器人現在沒有這種感覺。”
Shepherd的實驗室以前創造了使用光纖檢測這種變形的感官泡沫。對于光學花邊項目，Xu使用由3-D印刷聚氨酯制成的柔性多孔網格結構。她用含有十幾個機械傳感器的可拉伸光纖穿過其核心，然后連接LED燈照亮光纖。
當她在各個點按下晶格結構時，傳感器能夠精確定位光子流的變化。
許多生物系統已經適應通過發展纏繞的腦 - 身體關系在功能上與外部環境相互作用。這種復雜的安排允許后者感知世界，前者以閉環方式解釋它。隨著機器人在物理上越來越復雜，認知越來越先進，我們可以從動物神經系統中獲取靈感，為控制機器人文物創造必要的基礎。
通過視覺，聽覺，嗅覺，味覺，觸覺，甚至磁場和電場的解釋，動物和植物都能感受到外在的感覺。本體感覺，自身身體部位的位置和狀態的知識，也是通過這些感覺器官的某些組合來實現的; 特別是動物使用通過皮膚下的機械感受器感受到的振動和力，并通過肌肉和腱。根據這些信息，他們執行復雜的任務，例如在失明時操縱或在受傷時改變他們的行為。
本體感受泡沫圓筒。
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
目前，自主機器人主要使用放置在末端執行器上的視覺和觸覺檢測器進行外部感知和關節處的傳感器以及用于本體感覺的質心以完成復雜的任務。如在動物的神經回路中那樣，更分散的傳感器網絡將允許機器人以更高的觸覺分辨率相互作用并且測量隨時間累積的機械損傷（即，彎曲或斷裂的肢體）。分布式體積傳感的重要性在軟機器人領域更為明顯，其中機器的每個部分都會變形。在這些機器人，分布在整個身體的伸縮傳感器最近才用于反饋控制。
“當結構變形時，輸入線和輸出線之間會有接觸，并且光線會跳入結構中的這些輸出回路，這樣你就可以知道接觸發生的位置，”徐說。“這種強度決定了變形本身的強度。”
展示了可以準確檢測出被按壓位置的外部感受“鋼琴”。
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
Shepherd說，光學花邊不會被用作機器人的皮膚涂層，但更像是肉體本身。裝有這種材料的機器人將更適合醫療保健行業，特別是壽命終止和臨終關懷以及制造業。
展示了本體感受泡沫圓筒，可以測量自身壓縮水平。
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
雖然光學花邊的靈敏度不如人類指尖那么敏感，但是人體指尖充滿了神經感受器，但是這種材料對人體的背部更敏感。這種材料也是可以清洗的，這導致了另一種應用：Shepherd的實驗室已經成立了一家初創公司，將Xu的傳感器商業化，制作出可以測量人體形狀和運動的服裝，用于增強現實訓練。
展示泡沫圓筒上的外部感知，可以檢測到它被觸摸的位置。
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
基于光學花邊的機器人在多個位置感應變形的計算機模型。
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
圖片來源：Xu等，Scirobotics,4，eaaw6304（2019）
該論文“合成傳入神經網絡的光學花邊”于9月11日在Science Robotics上發表。
