纳米传感器:让你变身蜘蛛侠

2014-12-11 18:48:04来源: 互联网

    如果你是一名漫威的忠实粉丝,估计也曾有过这样不切实际的幻想,希望某天能够像蜘蛛侠一样上天入地无所不能。不过这并不是白日做梦,韩国的科学家们发明出一款神奇的“蜘蛛侠纳米缝隙传感器”,借助声音震动的原理,可以让一名普通人拥有“蜘蛛侠般的第六感”。

    普通的声音传感器已经有多年的发展历史,现在正广泛的运用于日常生活中。例如录音、语音辨识、地震预测,此外医疗系统中的可穿戴血压测量仪也嵌入了该模块。

    而这套纳米缝隙传感器的概念便是源生于“真正的蜘蛛”仿生学。在人们的印象中,蜘蛛是一种肢体活动极其灵活的节肢动物。比如说,当你试图卷起一份杂志拍掉餐桌上这个“恐怖的怪兽”,蜘蛛第一时间就能察觉出你的举动,并且早早的逃之夭夭了。

    其实蜘蛛的八条腿上的关节位置处都有着一种神奇的“感觉器官”,与内部神经系统直接联系。而外界环境中的物体运动(哪怕是人的及其轻微的小动作),都能通过震动引发蜘蛛体内的“第六感警报“。

    不久前的《自然》杂志刊登了此项有突破性意义的仿生学研究报告,相信将会给未来解决人体问题带来福音。

    整套系统的独特之处在于,传感器间的缝隙间距达到了纳米级别,这也就保证了很高的传感灵敏度。具体说来,研究人员们在粘弹性聚合物表面添加20纳米厚度的铂金层,搭建了传感器框架。通过让表面的铂金变型延展,上下层之间便产生了空隙,暴露出底层的聚合物,研究人员便借助次测量传感器表面的电导系数。

    实际实验中,尤其是针对音频的测试,纳米裂缝传感器的表现是优于传统的传声器。在干扰噪音高达92分贝的实验环境中,传感器能够在准确的捕捉到测试人员说出的“go” “jump” “shoot”和“stop”等基本单词,但是普通的传声器甚至不能清晰的录制声音。

    研究人员进行了更加深入的测试。当把传感器配置在小提琴的表面,它能够精确的记录下乐曲中的每一个音符,并且将其“翻译”给外接设备,输出为电子乐曲。另外更有趣的是,将传感器佩戴在手腕处,它还能精确的测量人体的心跳。

    德国普朗克研究所的Peter Fratzl教授,曾于2009年在《自然》杂志上发表了一片关于机电传导器系统的学术论文。而该韩国团队的领导人Daeshik Kang,便是得到了论文的启发,开展了纳米传感器的研究项目。

    Fratzl教授表示,如果这项研究成果有些晦涩难懂,可以用这样一个形象的“瓷砖效应”的例子来解释它:把纳米传感器比作整齐排列牢固粘贴在底层橡胶上瓷砖。当借助外力将底层橡胶的面积拉伸至101%,瓷砖的面积不会改变,但瓷砖间的缝隙必然变大。最关键的是,每一块瓷砖覆盖的底部橡胶,扩大的面积要大于1%。例子中的瓷砖就相当于纳米传感器,骨骼的运动便相当于拉伸橡胶的操作。

    参与这项研究的首尔大学航空航天工程专业的Mansoo Choi教授说,“缝隙间的打开和闭合,会在测量中得到放大,于是这款纳米裂缝传感器,在检测电阻率方面有着超高的灵敏度。”

    在后续的研究中,团队希望能够找到一种更合适的材料,替换目前版本的纳米裂缝传导器中造价昂贵的铂金,来让这项技术得到普适性的推广。 Choi教授表示,“今后研究的着力点将放在改善系统的耐用度和持久性上,我们希望在3-5年内,能够让该产品投入到商业量产。”

    运用声音导致的空气震动,从而识别运动的概念果然是很巧妙。除了能够有效排除外界噪声之外,纳米传感器还需要做到能够高精度识别特定频段的声音。例如前文提到的医疗健康中的测量血压、脉搏等功能,需要让传感器对某个人体信号格外的敏感,而不只是单纯的记录声音和震动。所以小编觉得,功能不在于多,而在于精。不过依旧是非常期待,在未来能够看到一款“蜘蛛侠第六感”传感器。

关键字:传感器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2014/1211/article_7949.html
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