Czujnik ruchu inspirowany ślepcem jaskiniowym

Czujnik ruchu inspirowany ślepcem jaskiniowym

Naukowcy z Georgia Tech zbudowali detektor ruchu oparty na sposobie w jaki ślepiec jaskiniowy wyczuwa ruch wody wokół siebie wykorzystując do tego celu znajdujące się na jego ciele pokryte żelem włosy. Charakterystyczną cechą tej ryby jest brak oczu. Gatunek ten żyje w całkowitych ciemnościach podwodnych jaskiń.

Vladimir Tsukruk, profesor nauki o materiałach i inżynierii materiałowej na Georgia Tech, oraz Michael McConney i Kyle Anderson, absolwenci uczelni, przeprowadzili eksperymenty z prostym mikroczujnikiem w postaci sztucznego włosa, zrobionego z epoksydowego polimeru nazywanego SU-8. Odkryli oni, że czujnik w postaci samego włosa dysponuje niewielką wrażliwością i małym zasięgiem detekcji zakłóceń hydrodynamicznych wywoływanych przez tak poruszające się, jak i nieruchome ciała znajdujące się w polu pływu. W celu poprawy jakości detekcji, włos potrzebował żelowej kapsułki, nazywanej kopułą, podobnej do tej znalezionej na samej rybie.

„Po przykryciu włosa syntetyczną kopułą, nasz inspirowany naturą mikroczujnik zyskał zdolność do lepszego wykrywania pływów niż sam ślepiec jaskiniowy.” – powiedział Tsukruk. „Ryba jest w stanie wykryć pływy o prędkości poniżej 100 mikrometrów na sekundę, a nasz system, kilku mikrometrów na sekundę. Dodanie kopuły umożliwiło nam wykrywanie o wiele delikatniejszych pływów, a do tego zdusiło szum pochodzący z tła.”

Dodatkowo, hydrożelowa obudowa chroni czujniki i zwiększa ich wytrzymałość na deformacje. Sprawia również, że włosy lepiej znoszą warunki panujące w środowisku morskim, są odporniejsze na korozję i narastanie mikroorganizmów.

Zanim naukowcy rozpoczęli syntetyzację żelowego materiału, użyli mikroskopii optycznej i konfokalnej mikroskopii fluorescencyjnej do określenia rozmiaru, kształtu oraz właściwości prawdziwej kopuły znajdującej się na rybie. Kopułą, którą znaleźli była cylindryczna i charakteryzowała się około pięciokrotnie większą wysokością, niż średnicą. Najwyższa część kopuły była na tyle daleko od powierzchni, że wystawiona była na swobodny przepływ wody.

W celu stworzenia w laboratorium syntetycznej kopuły, McConney rozprowadził roztwór poli tetra-akrylanu rozpuszczonego w metanolu bezpośrednio na włos. Gdy pierwsza kropla wyschła, rozprowadził następną. Czynność powtarzał aż do momentu uzyskania wysokiej hydrożelowej konstrukcji. Gdy już cała struktura kopuły wyschła, McConney wystawił ją na działanie światła ultrafioletowego, by uformowała się trójwymiarowa sieć.

Jak dotąd, naukowcy wyprodukowali zestaw ośmiu mikroczujników na podłożu CMOS i pokazali, że jest on w stanie wykryć ruch obiektu pod wodą.

Obecnie szukają przemysłowych partnerów, którzy umożliwią wyprodukowanie tysięcy takich czujników i przetestowanie ich w prawdziwym środowisku morskim.

(lk)