Czujnik ciśnienia inspirowany skorpionami

fot. pixabay

Zainspirowani skorpionami naukowcy stworzyli nowe czujniki ciśnienia, które są bardzo czułe i zdolne do pracy w szerokim zakresie ciśnień.

Sensory tego typu są kluczowymi elementami w szeregu aplikacji - od urządzeń medycznych i przemysłowych systemów sterowania, po robotykę i interfejsy człowiek-maszyna. Czujniki piezorezystancyjne na bazie krzemu należą do najpopularniejszych typów stosowanych obecnie czujników, ale mają istotne ograniczenia. Nie mogą być jednocześnie bardzo czułe na zmiany i dobrze działać w szerokim zakresie ciśnień. Często przy ich doborze trzeba wybierać między jednym a drugim parametrem.

Natura rozwiązała natomiast ten problem dzięki milionom lat ewolucji. Pinkun Wang z Uniwersytetu Jilin w Chinach wraz ze współpracownikami zbadali bardzo czułe systemy mechanosensoryczne, których skorpiony używają do wykrywania zmian w środowisku. Opracowali następnie metodę naśladowania opartego o nie mechanizmu. Zasadza się ona na maleńkich, włoskowatych strukturach znanych jako trichobotria z płaskimi szczelinami na ich zewnętrznej powierzchni oraz neuronach mechanosensorycznych.

Badacze zbudowali szczeliny do detekcji naprężeń oraz jednostki tłumiące ugięcia, które działały jak włoski. Umieszczone na chipie komputerowym znacznie poprawiły zdolność czujnika do wykrywania nawet najmniejszego nacisku. Jednocześnie zlokalizowane na spodzie układu jednostki tłumiące ugięcia poprawiły jego dokładność.

Aby przetestować swoją koncepcję w świecie rzeczywistym, naukowcy zintegrowali czujnik z siecią głębokiego uczenia i podłączyli go do sześcionożnych robotów. Były one w stanie naśladować zdolność skorpiona do badania otoczenia, wykrywając drobne zmiany ciśnienia powietrza wokół nich.

Innowacyjne sensory stanowią ważny krok w kierunku stworzenia bardziej intuicyjnych i adaptacyjnych robotów. Mogą one zapewnić im znacznie lepsze wyczucie otoczenia, poprawiając możliwości w zakresie unikania kolizji i umożliwiając pracę w warunkach ograniczonej widoczności. Technologia ta ma również zastosowanie w monitorowaniu zdrowia, zapewniając bardziej precyzyjne wykrywanie sygnałów ciśnienia z ciała związanych z pracą serca.

Badanie na jej temat zostało opublikowane w czasopiśmie Science Advances.

(rr)