Wielbłądy inspirują naukowców

Wielbłądy wykazują znaną nam zdolność do przetrwania z wykorzystaniem małej ilości wody. Są również biegłe w poszukiwaniu jej źródeł na rozległej pustyni, używając do tego celu swoich nosów, które z tego powodu stały się znakomitymi czujnikami wilgoci.

W nowym badaniu opublikowanym na łamach ACS Nano naukowcy opisują innowacyjny czujnik wilgotności inspirowany strukturą i właściwościami wielbłądzich nosów. W trakcie eksperymentów odkryli, że urządzenie to może niezawodnie wykrywać zmiany wilgotności w warunkach obejmujących przemysłowe układy spalin lub powietrze otaczające ludzką skórę.

Ludzie niekiedy muszą określić obecność wilgoci w powietrzu, jednak nie są do tego w naturalny sposób predystynowani. W związku z tym do lokalizowania wody w suchych środowiskach, identyfikowania wycieków lub analizowania spalin w obiektach przemysłowych muszą używać dedykowanych urządzeń. Jednak wszystkie obecnie dostępne czujniki mają istotne wady. Niektóre urządzenia mogą być trwałe, ale mają niską czułość na obecność wody. Z kolei światło słoneczne może zakłócać działanie bardzo czułych detektorów, utrudniając ich wykorzystanie na zewnątrz. Aby opracować trwały i inteligentny sensor, który jest w stanie wykrywać nawet niski poziom cząsteczek wody w powietrzu, Weiguo Huang, Jian Song i ich koledzy spojrzeli w kierunku struktury nosów wielbłądów.

Wąskie, podobne do zwojów przesmyki ukształtowane w ich nozdrzach tworzą dużą pokrytą śluzem powierzchnię wchłaniającą wodę. Aby ją odtworzyć, zespół stworzył porowatą sieć polimerową. Następnie umieścił na niej przyciągające wilgoć cząsteczki zwane jonami obojnaczymi, aby symulować właściwość naturalnego śluzu polegającą na modyfikacji jego pojemności w odpowiedzi na zmianę wilgotności.

Podczas testów urządzenie okazało się stabilne i było w stanie monitorować wahania wilgotności w gorących spalinach przemysłowych, znajdować lokalizację źródła wody i wykrywać wilgoć odparowywaną z ludzkiego ciała. Czujnik nie tylko reagował na zmiany w poziomie pocenia się skóry ochotnika podczas wykonywanych przez niego ćwiczeń, ale także określał obecność ludzkiego palca, a nawet mógł podążać za rysowaną przez niego ścieżką. Zdaniem naukowców taki poziom czułości sugeruje, że urządzenie może stać się w przyszłości podstawą bezdotykowego interfejsu do komunikacji z urządzeniami elektronicznymi. Co więcej, jego reakcję elektryczną na wilgoć można dostroić lub wyregulować podobnie jak sygnały wysyłane przez ludzkie neurony, potencjalnie pozwalając mu uczyć się za pomocą technik sztucznej inteligencji.

(rr)