站长之家 - 业界 2021-11-08T21:19:59 +08:00

科学家搭建由水下生物眼睛启发的可穿戴全身感应网络

鲎(也叫马蹄蟹)通常被称为"活化石",因为它的进化在数百万年里,生命形态几乎是停滞不前的。然而,尽管它缺乏长期的进化,但它有一个独特的感觉系统,它有一个由多个"眼睛"组成的网络,其中一些是区分光和暗的光感受器。

在海军研究办公室的资助下,机械工程助理教授迈克尔·巴特利特正在将这种感觉系统的生物启发电子版应用于一系列将由人类佩戴的软性电子产品。

巴特利特获得了海军研究办公室滨海地球科学和光学项目颁发的2021年青年研究者计划奖,以表彰他将水下生物的生理学转化为下一代传感器技术的努力。

巴特利特和他在软材料和结构实验室的团队对鲎、章鱼和螳螂虾等生物很感兴趣,因为这些动物使用的天然传感器种类繁多。从分布在鲎壳上的10只"眼睛"到螳螂虾的铰接式复眼,这些生物有办法根据传递给它们大脑的关于环境的无数信息来调整它们的行为。这些生物体以非常不同的方式看待它们的世界,能够接受多种信息来评估它们的环境,让研究人员也由此开始思考我们如何设计传感器来提高人类的意识。

巴特利特的方法将错综复杂的认知系统的想法应用于一个综合电子网络。受马蹄蟹的运动是由它的多眼系统告知的这一事实的启发,该团队将为可穿戴设备配备小型化的传感器,这些传感器将处理运动中的环境。

来自传感器的数据将被结合起来,以提供一个关于受试者周围环境的更强大的图像。可穿戴网络的中央处理器将利用其连接的传感器,提供先进的视觉、声音和接近能力,以导航潜在的问题。

为了开发这项技术,巴特利特将从他丰富的软电子学背景中获取概念。在最近的一个项目中,他开发了带有液态金属夹杂物的聚合物复合材料--用高度灵活的材料夹在一起的设备取代传统的电线和刚性材料。这些新颖的设备感觉就像皮肤一样,但却能携带电流。此后,该实验室对这些类似皮肤的电子器件进行了调整,以用于软性无线充电设备和坚固的自愈合电路中。对于这个传感器阵列,该团队正在将许多连接的刚性部件重建为软电子器件,以适应最大的运动范围和舒适度。

巴特利特说:"随着软电子技术的发展,我们看到了创造可穿戴设备的潜力,这些设备感觉像第二层皮肤,并为用户提供多样化的数据。这可以增强感官知觉的方式,使人们更好地了解某人的环境。"他认为,该技术的"第二层皮肤"性质可以转化为下一代潜水服,该潜水服由更像自然组织的软物质组件制成--而不是刚性的、沉重的装备--具有更大的活动范围和更快的运动反应。最终目标是大大推进软传感架构的基础知识,使模仿水下生物的可穿戴平台成为可能,并向用户提供实时传感器数据,以更好地了解他们的环境,这就像在你的后脑勺有一双眼睛一样。

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