受骆驼鼻子启发的智能湿度传感器，可实现水源的定位功能
2022-01-21 16:05:23   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

骆驼鼻子

众所周知，骆驼具有一种依靠少量水即可生存的能力。他们还擅长在广袤的沙漠中利用鼻子（精致的湿度传感器）寻找水源。据麦姆斯咨询报道，近期在国际权威期刊ACS Nano发表的一篇论文中，研究人员介绍了一种受骆驼鼻子结构和特性启发的智能湿度传感器。在实验中，他们发现该传感器可以可靠地检测环境中的湿度变化，包括工业废气和人体皮肤周围的空气。

人类有时需要确定空气中的水分含量，但是人类在用鼻子感知水分方面不如骆驼那么灵敏。相反，人类必须使用传感器来定位干旱环境中的水源，或者识别泄漏或分析工业设施中的废气。然而，目前可用的传感器都具有明显的缺点。例如，某些传感器可能很耐用，但对水分的存在敏感性较低。同时，阳光会干扰一些高度敏感的传感器，可能使其难以在室外使用。为了设计一种耐用的智能湿度传感器，甚至可以检测到空气中微量水分子，中国科学院Weiguo Huang, Jian Song及其同事研究了骆驼鼻子的传感原理。

受骆驼鼻子启发的湿度传感器

骆驼鼻子内部狭窄的卷轴状通道形成了一个很大的表面积——内衬着吸水的粘液。为了模仿骆驼鼻子内部的高表面积结构，该研究团队构建了一种多孔聚合物网络——在其上衬着被称为两性离子（zwitterions）的吸湿分子，以模拟粘液的特性，即随着湿度的变化而改变电容。依靠多孔结构的协同效应和吸湿性两性离子良好的化学和热稳定性，该传感器表现出高灵敏度、可辨别性、优异的耐用性，尤其是在已报道的电容式湿度传感器中具有最高的响应速度，可用于快速区分新鲜、陈旧和干燥的叶子，实时监控工业废气的湿度水平等。

受骆驼鼻子启发的湿度传感器快速区分新鲜、陈旧和干燥的叶子

在实验中，这种新型湿度传感器经久耐用，可以监测高温工业废气中的湿度波动，找到水源的位置，感应人体散发的水分。该传感器不仅可以在人运动时对皮肤出汗的变化做出反应，还可以检测到人类手指的存在，甚至可以沿着V形或L形跟踪手指的运动轨迹。研究人员表示，这种敏感性表明该湿度传感器可能成为非接触式人机交互接口的基础，人们可以通过该人机交互接口与计算机进行通信。

更重要的是，由于水分和两性离子之间的强结合相互作用，该湿度传感器表现出典型的神经突触行为，因此该传感器具有学习和遗忘的可调记忆特征，就像人类神经元发出的信号一样——这可能允许其通过人工智能（AI）自主学习，并实现水源的定位功能。这项研究工作展示了通用的设计原理，有望用于开发其他类型的高性能生化传感器和具有更广泛应用的下一代智能传感器。

论文信息：

题目：A Camel Nose-Inspired Highly Durable Neuromorphic Humidity Sensor with Water Source Locating Capability

链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c10004