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静态网站托管,福州响应式网站,福田网站建设标准数据,建筑设计服务平台在自然界中#xff0c;蝴蝶的触角能感知气流、蜜蜂的触角能捕捉声波与气味#xff0c;昆虫经过亿万年进化的天线系统#xff0c;堪称自然界最精密的 “多感官传感器”。如今#xff0c;浙江大学团队从昆虫触角中汲取灵感#xff0c;研发出一款微光学天线#xff08;MOA蝴蝶的触角能感知气流、蜜蜂的触角能捕捉声波与气味昆虫经过亿万年进化的天线系统堪称自然界最精密的 “多感官传感器”。如今浙江大学团队从昆虫触角中汲取灵感研发出一款微光学天线MOA成功让机器人也拥有了媲美生物的触觉、听觉和嗅觉感知能力。*本文只做阅读笔记分享*一、仿生设计复刻昆虫触角的“超级感知”昆虫的触角之所以能实现多感官协同核心在于其 “受体 - 传导 - 处理” 的高效架构。研究团队精准复刻这一逻辑打造出由三部分组成的微光学天线天线棒由环绕的微纳光纤MNF与功能化聚合物薄膜封装而成如同昆虫触角上的感知受体能将机械力、化学物质等外部刺激转化为光信号变化天线梁直段微纳光纤兼具结构支撑与弯曲灵活性确保传感器能快速响应外部扰动传输光纤如同昆虫的神经传导系统将光信号稳定传输至微控制器MCU进行处理。这款 MOA 的尺寸与重量堪称 “极致迷你”—— 横向尺寸仅 100 微米质量约 1 毫克与蝴蝶触角相差无几。其制备采用表面张力驱动技术通过精准控制微纳光纤与液体的相互作用让光纤自动组装成天线状结构制备良率高达 96%。二、三大超能力触觉、听觉、嗅觉样样精通1.触觉感知精准捕捉皮牛级力与0.004℃温差MOA 利用微纳光纤的弯曲辐射效应和聚合物薄膜的热光特性实现多维度触觉感知力传感方面通过调整微纳光纤直径2.2-8.9 微米其弹簧常数可跨两个数量级变化最灵敏版本的力分辨率达 14.1 皮牛1 皮牛 10⁻¹² 牛能精准测量头发的弹性模量6.98 GPa气流传感中对 2m/s 以下的低速气流呈现线性响应灵敏度达 8.7%/m・s⁻¹可模拟昆虫触角的气流探测功能温度传感上在 24-32℃范围内灵敏度达 20.6%/℃分辨率低至 0.004℃响应时间仅 0.42 秒且不受电磁干扰。2.听觉感知捕捉10Hz-10MHz声波分辨0.01Hz频率差借鉴昆虫约翰斯顿器官的振动传感机制MOA 的聚合物薄膜在声波作用下产生受迫振动通过微纳光纤捕捉振动的振幅与频率频率响应范围覆盖 10Hz-10MHz远超多数动物的听觉范围在 100Hz-20kHz 频段灵敏度达 10 mV/Pa频率分辨能力惊人能区分 100Hz 附近仅 0.01Hz 的频率差异成功捕捉到蜜蜂 193.1Hz 的振翅频率还能清晰还原尤克里里琴弦的基频信号具备方向敏感性可通过信号差异判断声源方位。3.嗅觉感知28ppb氨检测响应速度比商用传感器快10倍MOA 的嗅觉感知依赖聚合物薄膜中的化学指示剂以氨气检测为例掺杂溴百里酚蓝BTB的全氟磺酸Nafion薄膜遇氨气后会从黄色变为蓝色导致薄膜在 630nm 波长处的吸收增强通过微纳光纤的倏逝波感知这一变化检测下限低至 28ppb1ppb10⁻⁹在低浓度区间5ppm灵敏度达 2.82%/ppm响应时间仅 80 毫秒恢复时间 1.5 秒远超商用电化学传感器响应 10 秒能实时监测氨气浓度波动。三、核心突破单天线实现多感官同步检测昆虫触角的终极优势是多感官协同MOA 通过多波长检测方案实现了这一功能机械刺激力、声波会引起微纳光纤的弯曲辐射损耗对全光谱信号均有影响化学刺激氨气仅在特定波长600-700nm产生吸收损耗实验中单根 MOA 成功同时检测到 8 微牛的力、9Hz 的声波和 60ppm 的氨气通过频率过滤与波长分离实现了极低的信号串扰。四、机器人应用0.1克模块赋能自主飞行与避险研究团队将 MOA 集成到总重不足 6 克的扑翼蝴蝶机器人上两个 MOA 对称安装在头部如同昆虫的触角。该集成系统具备三大能力实时感知在户外环境中稳定捕捉触觉、听觉、嗅觉信号信号解码通过快速傅里叶变换与频域滤波精准提取多源刺激信息自主决策基于 MOA 信号实现闭环控制 —— 当检测到氨气泄漏时机器人能自主刹车降落收到触发信号时可自动起飞并稳定飞行。此外MOA 还成功适配瓢虫型地面机器人尺寸 10cm在触觉探索、声学采集和有害气体检测中展现出实用价值。结语微纳光学开启机器人感知新纪元这款昆虫启发的微光学天线以 “光信号传输” 替代传统电子传导突破了微型传感器的灵敏度、功耗与集成性瓶颈。其 0.1 克的轻量化设计、多感官协同能力为微型飞行器、昆虫级机器人提供了全新的感知方案。未来通过优化微纳光纤尺寸与聚合物材料MOA 有望在生物医学监测、精密操控、环境探测等领域实现更广泛的应用让机器人真正拥有 “感知世界” 的能力。参考文献Xitao Tu et al. Insect-inspired micro-optical antenna enables ultrasensitive multisensory perception. Sci. Adv.11, eaec4252(2025).