Czujnik o budowie opartej na ludzkim uchu

Czujnik o budowie opartej na ludzkim uchu

Badacze z Uniwersytetu Michigan są w fazie budowy mechanicznego ślimaka, takiego jaki występuje w ludzkim uchu. Urządzenie ma spełniać analogiczne funkcje jak rzeczywisty ślimak w uchu. W obecnym stanie na urządzenie to składają się elementy mikromechaniczne oraz układy scalone – całość nie powinna być droga w produkcji oraz nawet przewyższać możliwościami wyłapywania szerszego zakresu częstotliwości niż naturalny ślimak u człowieka.

Pierwotnie miał być to wysoko wydajny czujnik do wykrywania podwodnych fal dźwiękowych, ale prawdopodobnie w przyszłości będzie służył jako niedrogi element implantów ludzkiego ucha. Urządzenie potrafi zaspokoić potrzebę posiadania wydajnego czucia dźwięków w bardzo szerokim zakresie częstotliwościowym – powiedział Ken Chong, jeden z członków grupy badawczej.

Hydromechniczny ślimak jest systemem mikroelektromechanicznym o wymiarach rzędu kilku milionowych części metra. Pomimo iż w obecnej fazie budowy, urządzenie nie potrafi jeszcze generować sygnałów elektrycznych, to jednak jest zdolne do zbierania dźwięków z zakresu przewyższającego możliwości ludzkiego ucha – 4200 do 35000 Hz.

Naukowcy stworzyli sztuczną komorę wypełnioną cieczą wraz z membraną, które naśladują funkcje i własności naturalnej komory i membrany ludzkiego ślimaka. Po zakończeniu fazy budowy, naukowcy zamierzają wykorzystać swój wynalazek wszędzie tam gdzie istnieje potrzeba wykrywania dźwięków przy minimalnym poborze prądu.

Prawdziwy ślimak występuje w wewnętrznej części ucha ssaków i jest to organ rurowy w kształcie spirali, wypełniony cieczą. „Wyłapuje” on dźwięki i poprzez sygnały przesyła informacje do mózgu, gdzie zebrane dane są interpretowane.

Wynalazek symulujący ludzkiego ślimaka stworzony przez naukowców z Michigan ma trzy główne cechy, wyróżniające go spośród innych sztucznych mechanizmów tego typu. Chodzi tu o możliwość jego masowej produkcji, optymalny rozmiar (około 3 cm), zbliżony do wielkości rzeczywistego ślimaka, co jest szczególnie istotne w przypadku implantów oraz z powodu braku ruchomych części, sztuczny ślimak jest niezwykle wydajny.

Ogólnie na szkielet elektromechanicznego ślimaka składa się niewielki kanał wykonany z Pyrexu wypełniony płynnym olejem krzemowym i “zatkany” membraną z azotku krzemu. Membrana jest wrażliwa zarówno na wysokie, jak i niskie częstotliwości fal dźwiękowych.

Kolejna niewielka, oddzielna membrana wykonana z tego samego materiału stanowi kolejne „okno” do kanału wypełnionego płynem. Membrana ta ma za zadanie przechwycenie dźwięku i przetransmitowanie go do głównego kanału.

W przypadku pojawienia się dźwięku, urządzenie rezonuje w określonym miejscu jako odpowiedź na otrzymane wibracje pochodzące od fali dźwiękowej. Każda część membrany rezonuje z charakterystyczną tylko dla siebie częstotliwością, stąd możliwe jest rozpoznanie typu przychodzącego dźwięku.

Urządzenie potrafi wykrywać dźwięki, ale nie jest jeszcze zdolne do przetworzenia otrzymywanych danych. Kolejnym krokiem będzie umieszczenie przy membranie czujników, które będą konwertować energię wibracji na impulsy elektryczne, które mogą być już z łatwością poddane analizie.

Badacze mają nadzieję, że już w niedalekiej przyszłości uda im się zademonstrować w pełni funkcjonalnego sztucznego ślimaka.