鱟(也叫馬蹄蟹)通常被稱為"活化石",因為它的進化在數百萬年裡,生命形態幾乎是停滯不前的。然而,儘管它缺乏長期的進化,但它有一個獨特的感覺系統,它有一個由多個"眼睛"組成的網路,其中一些是區分光和暗的光感受器。
在海軍研究辦公室的資助下,機械工程助理教授邁克爾·巴特利特正在將這種感覺系統的生物啟發電子版應用於一系列將由人類佩戴的軟性電子產品。
巴特利特獲得了海軍研究辦公室濱海地球科學和光學專案頒發的2021年青年研究者計劃獎,以表彰他將水下生物的生理學轉化為下一代感測器技術的努力。
巴特利特和他在軟材料和結構實驗室的團隊對鱟、章魚和螳螂蝦等生物很感興趣,因為這些動物使用的天然感測器種類繁多。從分佈在鱟殼上的10只"眼睛"到螳螂蝦的鉸接式複眼,這些生物有辦法根據傳遞給它們大腦的關於環境的無數資訊來調整它們的行為。這些生物體以非常不同的方式看待它們的世界,能夠接受多種資訊來評估它們的環境,讓研究人員也由此開始思考我們如何設計感測器來提高人類的意識。
巴特利特的方法將錯綜複雜的認知系統的想法應用於一個綜合電子網路。受馬蹄蟹的運動是由它的多眼系統告知的這一事實的啟發,該團隊將為可穿戴裝置配備小型化的感測器,這些感測器將處理運動中的環境。
來自感測器的資料將被結合起來,以提供一個關於受試者周圍環境的更強大的影象。可穿戴網路的中央處理器將利用其連線的感測器,提供先進的視覺、聲音和接近能力,以導航潛在的問題。
為了開發這項技術,巴特利特將從他豐富的軟電子學背景中獲取概念。在最近的一個專案中,他開發了帶有液態金屬夾雜物的聚合物複合材料--用高度靈活的材料夾在一起的裝置取代傳統的電線和剛性材料。這些新穎的裝置感覺就像面板一樣,但卻能攜帶電流。此後,該實驗室對這些類似面板的電子器件進行了調整,以用於軟性無線充電裝置和堅固的自癒合電路中。對於這個感測器陣列,該團隊正在將許多連線的剛性部件重建為軟電子器件,以適應最大的運動範圍和舒適度。
巴特利特說:"隨著軟電子技術的發展,我們看到了創造可穿戴裝置的潛力,這些裝置感覺像第二層面板,併為使用者提供多樣化的資料。這可以增強感官知覺的方式,使人們更好地瞭解某人的環境。"他認為,該技術的"第二層面板"性質可以轉化為下一代潛水服,該潛水服由更像自然組織的軟物質元件製成--而不是剛性的、沉重的裝備--具有更大的活動範圍和更快的運動反應。最終目標是大大推進軟感測架構的基礎知識,使模仿水下生物的可穿戴平臺成為可能,並向用戶提供實時感測器資料,以更好地瞭解他們的環境,這就像在你的後腦勺有一雙眼睛一樣。