生物模拟印章胡须传感器用于高灵敏度唤醒检测和定位
Biao Geng1, Qian Xue1, Zhiheng Xu2
1Department of Mechanical Engineering, Rochester Institute of Technology, Rochester, NY 14623, United States of America.
Bioinspiration & biomimetics
|April 16, 2025
概括
工程师开发了一种低成本的,以胡须为灵感的传感器,用于水下流动感知. 这种仿生技术模仿了皮胡须,以检测微妙的水力动力学干扰,从而实现先进的传感和跟踪.
科学领域:
- 生物模拟学和传感器技术
- 水力动力学和流体力学
- 机器人技术和水下系统
背景情况:
- 松脚动物拥有高度敏感的胡须,能够检测微小的水力动力学干扰,用于导航和猎物检测.
- 现有的工程解决方案缺乏生物系统中发现的被动流感知能力.
- 需要具有成本效益的生物仿真传感器来进行水下空间流感知.
研究的目的:
- 设计和制造一种低成本,以胡须为灵感的传感器阵列,用于水下传感和跟踪.
- 为了复制水力动力学干扰检测能力的皮胡须.
- 为了证明人工胡须传感器对被动流量感知的可行性.
主要方法:
- 在聚二甲基氧软基体内集成金属张力计.
- 开发一个3D打印的生物模拟海胡须模型.
- 测试传感器性能,包括灵敏度,线性,可重复性和动态响应.
- 部署一个由九个传感器组成的阵列,并配备一个人工神经网络来定位源.
主要成果:
- 传感器表现出低自噪和高灵敏度,检测流速低至0.5毫米s-1.1.
- 双张力计可以精确测量胡须曲幅度和方向.
- 传感器表现出极好的线性,可重复性,疲劳寿命和低频动态性能.
- 一个由九个传感器组成的阵列使用人工神经网络成功预测了双极源的位置.
结论:
- 受胡须启发的传感器为强大的水下空间流感知提供了可行的解决方案.
- 开发的传感器技术具有成本效益,易于制造,适合大规模的阵列部署.
- 这种仿生方法推进了用于水下传感和跟踪应用的被动流感知.
