سنسور فشار الهام‌گرفته از سیبیل گربه با الیاف شاهدانه

به گفته hackster

الهام از سنسورهای طبیعت

«گربه‌ها به خاطر چابکی و دقت سنسوری بالای خود شناخته می‌شوند و برای آگاهی فضایی به‌شدت به سیستم‌های حسی توسعه‌یافته خود متکی هستند،» چونگهونگ ژو، استادیار دانشگاه شین‌شو و نویسنده مسئول مقاله توضیح می‌دهد. «سیبیل‌های آنها، یا ویبریسها، آشکارسازهای لامسه‌ای مقاوم اما بسیار حساس هستند، که عمیقاً درون ساختارهای ویژه‌ای به نام مجتمع‌های فولیکول-سینوس (FSC) قرار گرفته‌اند که سیگنال‌های مکانیکی ضعیف را تقویت و به محرک‌های عصبی تبدیل می‌کنند، اجازه می‌دهند گربه‌ها تغییرات فشار بسیار کوچک در محیط خود را تشخیص دهند. BFA های فیبر زیستی ما هم ویبریسه‌های گربه و هم FSCها را تقلید می‌کنند، حساسیت و پایداری عالی فراهم می‌آورند.»

الیاف میکروفیبر استخراج‌شده از شاهدانه در BFA نشان داده شده‌اند که به‌عنوان یک سنسور فشار کار می‌کنند — عمل به همان شیوه‌ای که سیبیل گربه‌ها انجام می‌دهند.

طراحی و عملکرد سنسور

سنسور تیم بر پایه الیاف میکروفیبر شاهدانه، یک منبع تجدیدپذیر و محیط زیستی دوستانه، می‌باشد که به‌کار گرفته شده برای ایجاد BFA های فیبر زیستی/آلژینات سدیم (BFA). این BFAها بسیار سبک و منفذی هستند — و الیاف درون آن عملکرد سیبیل گربه‌ها را تقلید کرده، حتی اختلالات مکانیکی ضعیف را با ساختار حفره‌ای BFA که مانند حفره‌های سینوسی گربه عمل می‌کند، جذب و تقویت می‌کنند.

پروتوتایپ‌های ساخته شده با استفاده از BFAs مبتنی بر شاهدانه قادر بودند فشار را با حساسیت 6.01kPa⁻¹ و زمان پاسخ 255 میلی‌ثانیه شناسایی کنند، در حالی که مقاومت به خستگی قابل توجهی و پاسخ دینامیکی عالی را تحت نرخ‌های مختلف بار نشان دادند. برای نشان دادن به معنای این در شرایط واقعی، پژوهشگران از پروتوتایپ در یک پوشیدنی طراحی‌شده برای ضبط سیگنال‌های نبض شریان کاروتید، دیگری که می‌تواند الگوهای حرکت انسانی را شناسایی کند، و وسایلی برای تشخیص دست‌خط و انتقال اطلاعات کد مورس استفاده کردند — در حالی که یک آزمایش واقعی سنسور را در یک مانیتور ورزشی قابل پوشیدن طراحی‌شده برای تشخیص تفاوت‌ها در تکنیک‌های سرو بدمینتون به کار برد.

«پژوهش ما یک راه‌حل سبز و قابل توسعه برای توسعه سنسورهای فشار قابل پوشیدن ارائه می‌دهد،» ژو ادعا می‌کند، «از کربونیزاسیون مصرف‌کننده انرژی و یا پردازش‌های پیچیده اجتناب می‌کند.»

کار تیم در مجله Advanced Functional Materials تحت شرایط دسترسی آزاد منتشر شده است.