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韓國成功研發仿生納米縫隙傳感器

時間:2016-09-19

來源:網絡轉載

導語:韓國科學家借助聲音震動的原理,研發出一款源生于“真正的蜘蛛”仿生學的納米縫隙傳感器。

蜘蛛是一種肢體活動極其靈活的節肢動物,當你試圖卷起一份雜志拍掉餐桌上這個“恐怖的怪獸”,蜘蛛第一時間就能察覺出你的舉動,并且早早的逃之夭夭了。蜘蛛的八條腿上的關節位置處都有著一種神奇的“感覺器官”,與內部神經系統直接聯系。而外界環境中的物體運動(哪怕是人的及其輕微的小動作),都能通過震動引發蜘蛛體內的“第六感警報”。

韓國科學家借助聲音震動的原理,研發出一款源生于“真正的蜘蛛”仿生學的納米縫隙傳感器。不久前的《自然》雜志刊登了此項有突破性意義的仿生學研究報告,相信將會給未來解決人體問題帶來福音。

整套系統的獨特之處在于,傳感器間的縫隙間距達到了納米級別,這也就保證了很高的傳感靈敏度。具體說來,研究人員們在粘彈性聚合物表面添加20納米厚度的鉑金層,搭建了傳感器框架。通過讓表面的鉑金變型延展,上下層之間便產生了空隙,暴露出底層的聚合物,研究人員便借助次測量傳感器表面的電導系數。

實際實驗中,尤其是針對音頻的測試,納米裂縫傳感器的表現是優于傳統的傳聲器。在干擾噪音高達92分貝的實驗環境中,傳感器能夠在準確的捕捉到測試人員說出的“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。

研究人員進行了更加深入的測試。當把傳感器配置在小提琴的表面,它能夠精確的記錄下樂曲中的每一個音符,并且將其“翻譯”給外接設備,輸出為電子樂曲。另外更有趣的是,將傳感器佩戴在手腕處,它還能精確的測量人體的心跳。

德國普朗克研究所的PeterFratzl教授,曾于2009年在《自然》雜志上發表了一片關于機電傳導器系統的學術論文。而該韓國團隊的領導人DaeshikKang,便是得到了論文的啟發,開展了納米傳感器的研究項目。

Fratzl教授表示,如果這項研究成果有些晦澀難懂,可以用這樣一個形象的“瓷磚效應”的例子來解釋它:把納米傳感器比作整齊排列牢固粘貼在底層橡膠上瓷磚。當借助外力將底層橡膠的面積拉伸至101%,瓷磚的面積不會改變,但瓷磚間的縫隙必然變大。最關鍵的是,每一塊瓷磚覆蓋的底部橡膠,擴大的面積要大于1%。例子中的瓷磚就相當于納米傳感器,骨骼的運動便相當于拉伸橡膠的操作。

參與這項研究的首爾大學航空航天工程專業的MansooChoi教授說,“縫隙間的打開和閉合,會在測量中得到放大,于是這款納米裂縫傳感器,在檢測電阻率方面有著超高的靈敏度。”

在后續的研究中,團隊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器中造價昂貴的鉑金,來讓這項技術得到普適性的推廣。Choi教授表示,“今后研究的著力點將放在改善系統的耐用度和持久性上,我們希望在3-5年內,能夠讓該產品投入到商業量產。”

運用聲音導致的空氣震動,從而識別運動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別特定頻段的聲音。例如前文提到的醫療健康中的測量血壓、脈搏等功能,需要讓傳感器對某個人體信號格外的敏感,而不只是單純的記錄聲音和震動。所以小編覺得,功能不在于多,而在于精。不過依舊是非常期待,在未來能夠看到一款“蜘蛛俠第六感”傳感器。

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