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- 源于“真正的蜘蛛”仿生學(xué)的納米縫隙傳感器
- 來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/9/27
韓國(guó)科學(xué)家借助聲音震動(dòng)的原理,研發(fā)出一款源生于“真正的蜘蛛”仿生學(xué)的納米縫隙傳感器。
蜘蛛是一種肢體活動(dòng)極其靈活的節(jié)肢動(dòng)物,當(dāng)你試圖卷起一份雜志拍掉餐桌上這個(gè)“恐怖的怪獸”,蜘蛛第一時(shí)間就能察覺(jué)出你的舉動(dòng),并且早早的逃之夭夭了。蜘蛛的八條腿上的關(guān)節(jié)位置處都有著一種神奇的“感覺(jué)器官”,與內(nèi)部神經(jīng)系統(tǒng)直接聯(lián)系。而外界環(huán)境中的物體運(yùn)動(dòng)(哪怕是人的及其輕微的小動(dòng)作),都能通過(guò)震動(dòng)引發(fā)蜘蛛體內(nèi)的“第六感警報(bào)”。
不久前的《自然》雜志刊登了此項(xiàng)有突破性意義的仿生學(xué)研究報(bào)告,相信將會(huì)給未來(lái)解決人體問(wèn)題帶來(lái)福音。
整套系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于,傳感器間的縫隙間距達(dá)到了納米級(jí)別,這也就保證了很高的傳感靈敏度。具體說(shuō)來(lái),研究人員們?cè)谡硰椥跃酆衔锉砻嫣砑?0納米厚度的鉑金層,搭建了傳感器框架。通過(guò)讓表面的鉑金變型延展,上下層之間便產(chǎn)生了空隙,暴露出底層的聚合物,研究人員便借助次測(cè)量傳感器表面的電導(dǎo)系數(shù)。
實(shí)際實(shí)驗(yàn)中,尤其是針對(duì)音頻的測(cè)試,納米裂縫傳感器的表現(xiàn)是優(yōu)于傳統(tǒng)的傳聲器。在干擾噪音高達(dá)92分貝的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,傳感器能夠在準(zhǔn)確的捕捉到測(cè)試人員說(shuō)出的“go”“jump”“shoot”和“stop”等基本單詞,但是普通的傳聲器甚至不能清晰的錄制聲音。
研究人員進(jìn)行了更加深入的測(cè)試。當(dāng)把傳感器配置在小提琴的表面,它能夠精確的記錄下樂(lè)曲中的每一個(gè)音符,并且將其“翻譯”給外接設(shè)備,輸出為電子樂(lè)曲。另外更有趣的是,將傳感器佩戴在手腕處,它還能精確的測(cè)量人體的心跳。
德國(guó)普朗克研究所的PeterFratzl教授,曾于2009年在《自然》雜志上發(fā)表了一片關(guān)于機(jī)電傳導(dǎo)器系統(tǒng)的學(xué)術(shù)論文。而該韓國(guó)團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)人DaeshikKang,便是得到了論文的啟發(fā),開(kāi)展了納米傳感器的研究項(xiàng)目。
Fratzl教授表示,如果這項(xiàng)研究成果有些晦澀難懂,可以用這樣一個(gè)形象的“瓷磚效應(yīng)”的例子來(lái)解釋它:把納米傳感器比作整齊排列牢固粘貼在底層橡膠上瓷磚。當(dāng)借助外力將底層橡膠的面積拉伸至101%,瓷磚的面積不會(huì)改變,但瓷磚間的縫隙必然變大。最關(guān)鍵的是,每一塊瓷磚覆蓋的底部橡膠,擴(kuò)大的面積要大于1%。例子中的瓷磚就相當(dāng)于納米傳感器,骨骼的運(yùn)動(dòng)便相當(dāng)于拉伸橡膠的操作。
參與這項(xiàng)研究的首爾大學(xué)航空航天工程專業(yè)的MansooChoi教授說(shuō),“縫隙間的打開(kāi)和閉合,會(huì)在測(cè)量中得到放大,于是這款納米裂縫傳感器,在檢測(cè)電阻率方面有著超高的靈敏度。”
在后續(xù)的研究中,團(tuán)隊(duì)希望能夠找到一種更合適的材料,替換目前版本的納米裂縫傳導(dǎo)器中造價(jià)昂貴的鉑金,來(lái)讓這項(xiàng)技術(shù)得到普適性的推廣。Choi教授表示,“今后研究的著力點(diǎn)將放在改善系統(tǒng)的耐用度和持久性上,我們希望在3-5年內(nèi),能夠讓該產(chǎn)品投入到商業(yè)量產(chǎn)!
運(yùn)用聲音導(dǎo)致的空氣震動(dòng),從而識(shí)別運(yùn)動(dòng)的概念果然是很巧妙。除了能夠有效排除外界噪聲之外,納米傳感器還需要做到能夠高精度識(shí)別特定頻段的聲音。例如前文提到的醫(yī)療健康中的測(cè)量血壓、脈搏等功能,需要讓傳感器對(duì)某個(gè)人體信號(hào)格外的敏感,而不只是單純的記錄聲音和震動(dòng)。所以小編覺(jué)得,功能不在于多,而在于精。不過(guò)依舊是非常期待,在未來(lái)能夠看到一款“蜘蛛俠第六感”傳感器。
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