Ножки паука помогли создать высокочувствительные датчики
Инженеры из Южной Кореи сконструировали датчик, который может обнаружить даже незначительные вибрации. Вдохновением для инновационного сенсора послужили ноги блуждающих пауков (wandering spider). Эти пауки могут похвастаться наличием одного из самых чувствительных в мире детекторов вибрации: они могут улавливать малейшие шорохи листьев за несколько метров.
Один из авторов исследования профессор Мансу Цой (Mansoo Choi) рассказал, что проект начал работу два года назад, когда его коллега из Сеульского национального университета ознакомился со статьёй о пауках.
В ней был описан вид блуждающего паука Cupiennius salei, который общается с потенциальными партнёрами на расстоянии, вслушиваясь в производимые ими вибрации. Орган, определяющий эти едва различимые колебания, состоит из нескольких щелей и называется лировидным, потому что щели различаются по длине подобно струнам лиры.
Цой и его команда попытались имитировать строение органа. Для этого они разместили очень тонкий слой платины поверх гибкого полимера и изогнули его. Учёные должны были вычислить нужную толщину платинового слоя и изогнуть всю конструкцию таким образом, чтобы получить параллельные трещины, выступающие в качестве датчиков вибрации. Исследователям удалось добиться успеха в этом нелёгком деле лишь спустя нескольких месяцев разработок.
Паук Cupiennius salei, способный улавливать вибрации потенциальных партнёров с помощью своих ног (фото Stuart J. Longhorn/Wikimedia Commons).
Когда они направили ток на платиновый слой, учёные обнаружили, что могут считывать частоту и силу колебаний, регистрируемых датчиком, так как трещины изменяли сопротивление металла, открываясь и закрываясь.
При рассмотрении краёв трещин через микроскоп исследователи обнаружили, что они довольно грубые. Если бы они были абсолютно гладкими, то это не дало бы такой беспрецедентной чувствительности.
Для проверки своего устройства инженеры смоделировали едва различимые колебания крыльев божьей коровки ― деликатное покачивание происходит на расстоянии всего в 14 микрометров. Чувствительный датчик справился с этой задачей.
Когда учёные закрепили сенсор на скрипке, он различил ноты, сыгранные на ней. Затем он измерил пульс субъекта, будучи закреплённым на его запястье, и даже позволил команде исследователей определить произносимые человеком слова, когда был закреплён на шее субъекта.
Датчик может записывать скрипичные ноты, вибрации человеческого голоса или пульс (фото D.Kang/M.Choi/Nature).
"Если вы дотронетесь до своей шеи в процессе разговора, то почувствуете вибрации, – объясняет профессор Цой. – Наш датчик может различать эти колебания очень точно, определяя конкретные слова".
Исследователи запатентовали своё изобретение и теперь работают над дальнейшим его улучшением. В частности, они стараются сделать его намного более прочным и использовать металлы более дешёвые, чем платина (например, медь или алюминий). Команда надеется, что устройство станет доступно для практического применения в течение ближайших пяти лет.
Технология может привести к разработке носимой электроники для распознавания речи, мониторинга состояния здоровья и многих других целей.
Описание изобретения было опубликовано в издании Nature.
