A Skin-Inspired PDMS Optical Tactile Sensor Driven by a Convolutional Neural Network

卷积神经网络 触觉传感器 计算机科学 人工智能 人工神经网络 计算机视觉 材料科学 光电子学 机器人
作者
Shichao Yue,Minzhi Xu,Zifan Che
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:24 (6): 8651-8660 被引量:4
标识
DOI:10.1109/jsen.2024.3355555
摘要

Tactile sensors play a crucial role in enhancing the integration of automation, robotics, and biomedical equipment, particularly in perceptual functions. Optical fiber-based tactile sensors have gained significance due to their robustness and immunity to electromagnetic interference. However, existing optical fiber-based tactile sensors face limitations related to bio-imitation, scalability, and precise data processing algorithms. This study introduces a novel skin-inspired polydimethylsiloxane (PDMS)-manufactured tactile sensor utilizing a structured light source with low-cost light-emitting diodes and a multimode optical fiber, coupled with tactile information processing through a trained convolutional neural network (CNN). Specklegram images captured from the optical fiber are analyzed for force amplitude and tactile location. The CNN is trained, validated, and tested, achieving accuracies of 99.6%, 99.5%, and 99%, respectively. The tactile sensor demonstrates a spatial resolution of 2 mm and a force-sensing range up to 3 N. The confusion matrix, based on classification results, reveals only three misclassifications out of 315 tests, indicating a mean absolute error (MAE) of 0.95%. The spatial resolution and force-sensing capabilities, coupled with the machine learning approach of the proposed tactile sensor, showcase promising potential for future applications in tactile embodiment.
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