Китайские исследователи разработали новый тип датчиков давления, подражая механизмам восприятия скорпионов. Созданные устройства показали высокую чувствительность и могут работать в широком диапазоне давлений одновременно.
Шестиногая ходячая платформа, вдохновленная скорпионом, оснащена четырьмя датчиками восприятия поля скоростей вблизи тела BPPS
Современные датчики давления сталкиваются с технической проблемой — невозможностью одновременно обеспечить высокую чувствительность и работу в широком диапазоне давлений. Кремниевые пьезорезистивные датчики, которые широко используются в медицине, промышленности и робототехнике, заставляют инженеров выбирать между этими характеристиками. Увеличение чувствительности обычно приводит к снижению линейности измерений и сужению рабочего диапазона.
Живые организмы за миллионы лет эволюции решили подобные задачи гораздо эффективнее. Скорпионы, обладающие слабым зрением, развили исключительно точную механосенсорную систему для выживания в сложных условиях.
Исследователи из Цзилиньского университета детально изучили строение их органов чувств. Они обнаружили, что щели на панцире скорпиона работают как «ловушки напряжений», концентрируя механическую энергию в шесть раз эффективнее окружающих тканей. Волоски-трихоботрии имеют специальную когтеобразную структуру у основания, которая подавляет нелинейные деформации и обеспечивает высокую точность восприятия. Научная статья опубликована в журнале Science Advances.
Ученые воспроизвели принципы работы скорпионьих сенсоров в кремниевом чипе.
Компьютерное моделирование показало преимущества биоинспирированной конструкции перед традиционными решениями.
Экспериментальные испытания подтвердили высокие характеристики нового датчика.
Датчики продемонстрировали способность различать типы воздушных потоков: ламинарный, переходный и турбулентный. С помощью алгоритмов машинного обучения система распознавала приближающиеся объекты разной формы с точностью свыше 85%. Для проверки возможностей технологии ученые установили четыре датчика на шестиногого робота, который научился избегать крупные объекты как «хищников» и приближаться к мелким как к «добыче».
Новые датчики открывают широкие перспективы для робототехники и медицины. В отличие от оптических систем, они работают в темноте, при наличии дыма или тумана. Устройства могут значительно улучшить навигацию роботов в сложных условиях и найти применение в системах медицинского мониторинга для регистрации слабых физиологических сигналов.
Автор: Илья Гриднев
