駱駝有一種著名的靠少量水生存的能力。它們也善于在廣袤的沙漠中尋找水源,使用的是鼻子的“濕度探測器”。在ACS Nano的一項新研究中,研究人員描述了一種受駱駝鼻子的結構和特性啟發的濕度傳感器。在實驗中,他們發現這種裝置可以可靠地檢測包括工業廢氣和人類皮膚周圍空氣在內的環境中的濕度變化。
人類有時需要確定空氣中是否存在水分,但人們并不像駱駝那樣熟練地用鼻子感知水分。相反,人們必須使用設備來定位干旱環境中的水,或識別泄漏和分析工業設施的廢氣。然而,目前可用的傳感器都有很大的缺點。例如,一些設備可能很耐用,但對水的存在的敏感度很低。同時,陽光會干擾一些高靈敏度的探測器,使它們難以在戶外使用。為了設計出一種耐用、智能甚至可以檢測到空氣中低水平的水分子的傳感器,研究員把目光投向了駱駝的鼻子。
駱駝鼻子內狹窄的、像卷軸一樣的通道創造了一個很大的表面積,里面有吸水的粘液。為了模仿鼻子內的結構,該團隊創建了一個多孔聚合物網絡。在網絡上面,他們放置了被稱為齊聚物的吸濕分子,以模擬粘液隨著濕度變化而改變電容的特性。在實驗中,該裝置可以監測高溫工業廢氣中的濕度波動,找到水源的位置,并感知來自人體的水分。
研究人員說,這種敏感性表明,該設備可以成為無觸摸界面的基礎,人們可以通過它與計算機進行交流。他們說,更重要的是,該傳感器對水分的電反應可以被調節,就像人類神經元發出的信號一樣,有可能讓它通過人工智能來學習。
該研究論文題為"A Camel Nose-Inspired Highly Durable Neuromorphic Humidity Sensor with Water Source Locating Capability",已發表在ACS Nano期刊上。
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論文原文:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c10004