【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】動(dòng)物鼻子不僅可以靈敏快速地檢測(cè)出空氣中特定氣體的濃度、準(zhǔn)確地識(shí)別氣體的種類，還可以根據(jù)氣體濃度在時(shí)間和空間的分布變化，對(duì)氣體源進(jìn)行準(zhǔn)確定位?，F(xiàn)有的傳感器大多都無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)物鼻子的功能，尤其是在氣體源定位方面鮮有報(bào)道。然而，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們對(duì)傳感器的要求不斷提高，發(fā)展具有神經(jīng)形態(tài)的傳感器，真正實(shí)現(xiàn)仿生嗅覺(jué)導(dǎo)航的特性，不僅具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且對(duì)日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員黃偉國(guó)團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所副研究員宋健合作，通過(guò)模擬駱駝鼻子的結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了一種具有神經(jīng)形態(tài)的電容式濕度傳感器。他們利用聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)與兩性離子濕度響應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)制備出靈敏度高(~600)、響應(yīng)速度快(24s-1)、遲滯時(shí)間短、具有優(yōu)異耐用性的濕度傳感器。該傳感器在經(jīng)歷了水、鹽溶液、高低溫、3000次循環(huán)形變和重壓(2000kg)等外界條件影響后，傳感信號(hào)幾乎不變，展示了良好的耐用性和強(qiáng)大的抗環(huán)境干擾能力。在已報(bào)道的電容式濕度傳感器中擁有最快的響應(yīng)速度，并可以模擬駱駝鼻子快速區(qū)分新鮮、陳舊和枯萎的葉子。此外，該傳感器還可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高溫工業(yè)廢氣的濕度水平，并具有出色的接觸式和非接觸式皮膚濕度感測(cè)特性，為實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸人機(jī)交互輸入提供了新思路。
更為重要的是，該傳感器表現(xiàn)出典型的神經(jīng)突觸行為，如配對(duì)脈沖易化，使其具有可調(diào)的記憶，學(xué)習(xí)和遺忘功能?；诖耍芯咳藛T制備了一個(gè)由四個(gè)濕度傳感器和一個(gè)集成數(shù)顯屏幕組成的水源位置分析系統(tǒng)。將濕度傳感器的興奮后突觸電容精確地集成到電路中，通過(guò)對(duì)時(shí)空兩個(gè)維度的水分含量梯度變化分析，跟蹤和定位了開(kāi)闊場(chǎng)地中的水源位置，成功地模擬出類似于駱駝的尋水行為。該工作為其他高性能生物化學(xué)傳感器和具有更廣泛應(yīng)用前景的下一代智能仿生嗅覺(jué)導(dǎo)航傳感器提供了通用的設(shè)計(jì)原則。相關(guān)研究成果以A Camel Nose-Inspired Highly DurableNeuromorphic Humidity Sensor with Water Source Locating Capability為題發(fā)表在ACS Nano上。
具有仿生嗅覺(jué)導(dǎo)航功能的電容式濕度傳感器
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