靈敏感知水下環境，這種傳(chuan) 感器“長”了魚側(ce) 線

　　從(cong) 外觀上看，這一水下傳(chuan) 感器由兩(liang) 個(ge) 圓柱形蓋狀PET拚接組裝，總高度和直徑均約為(wei) 幾厘米，體(ti) 積較小。單個(ge) 仿魚側(ce) 線水下傳(chuan) 感器總重量僅(jin) 7克左右。在測試中，這一傳(chuan) 感器中自支撐薄膜在不同的水下深度發生不同程度的形變，並實時輸出相應的電流信號變化，從(cong) 而實現實時的水深探測。

　　岸上的行人稍一靠近，原本在近岸悠哉遊弋的魚群會(hui) 立刻退避、保持安全距離……這一感知能力，來自魚類與(yu) 水生兩(liang) 棲類動物進化出的側(ce) 線傳(chuan) 感器，動物們(men) 通過這種傳(chuan) 感器判斷周圍水流、礁石等環境變化，從(cong) 而躲避侵害。

　　近日，記者從(cong) 中國科學院寧波材料技術與(yu) 工程研究所獲悉，該所陳濤研究員、肖鵬副研究員開發了基於(yu) 石墨烯/Ecoflex薄膜的仿魚側(ce) 線水下機械傳(chuan) 感器，能夠感知水下生物遊過時產(chan) 生的波動，並通過調控自支撐複合薄膜的尺寸實現0.3—1.8米的水下深度探測。相關(guan) 論文近期發表在學術期刊《納微快報》。

　　裝配柔性傳(chuan) 感材料 調整探測極限值

　　魚類側(ce) 線感知係統由魚鱗片上的孔洞、側(ce) 線管和神經組成，魚體(ti) 兩(liang) 側(ce) 一般各有一條，側(ce) 線管內(nei) 充滿黏液，其感覺器神經丘即浸潤在黏液中。當魚身受到水流衝(chong) 擊，水流產(chan) 生的壓力會(hui) 通過側(ce) 線管上的小孔進入管內(nei) ，引起黏液流動，使魚感受到外界刺激。

　　近年來，柔性傳(chuan) 感材料被廣泛用於(yu) 集成各種水下傳(chuan) 感器。然而，水環境對傳(chuan) 感器傳(chuan) 感性能的負麵影響仍然存在，且基於(yu) 柔性傳(chuan) 感材料的水下傳(chuan) 感器的水下深度探測範圍有限。

　　如果能像魚一樣精準捕獲水下深度與(yu) 振動，便可為(wei) 水下預警、生物追蹤、水下環境探索等多種水下活動的開展提供豐(feng) 富且必要的信息。

　　“團隊先構築了石墨烯/Ecoflex複合薄膜，其中Ecoflex是一種生物相容性極好的彈性體(ti) 。”肖鵬介紹，由此開發的仿魚側(ce) 線水下傳(chuan) 感器主要由石墨烯/Ecoflex複合薄膜、PET塑料模具、電極及導線四部分構成。

　　從(cong) 外觀上看，這一水下傳(chuan) 感器由兩(liang) 個(ge) 圓柱形蓋狀PET拚接組裝，總高度和直徑均約為(wei) 幾厘米，體(ti) 積較小。單個(ge) 仿魚側(ce) 線水下傳(chuan) 感器總重量僅(jin) 7克左右。

　　肖鵬介紹，在測試中，這一傳(chuan) 感器中自支撐薄膜在不同的水下深度會(hui) 發生不同程度的形變，並實時輸出相應的電流信號變化，從(cong) 而實現實時的水深探測。

　　研究團隊設計了不同自支撐薄膜直徑的水下傳(chuan) 感器，它們(men) 在水下深度測試時輸出的電流信號均呈現階梯狀變化，整體(ti) 上，最大水下檢測深度與(yu) 自支撐薄膜直徑成正相關(guan) 。

　　“由此推測，當傳(chuan) 感器中自支撐薄膜的直徑進一步增加時，相應的最大水下檢測深度隨之增大。”肖鵬表示，目前直徑25毫米的薄膜可檢測到水下1.8米的深度，但這不是它的檢測極限。理論上，通過增大薄膜的直徑可有效拓展它的檢測深度。

　　感知液麵微小振動 可用於(yu) 生物追蹤

　　據了解，用於(yu) 檢測水下深度的水下傳(chuan) 感器通常以超疏水導電泡沫為(wei) 主，其對深度的檢測範圍很窄，一般隻有幾十厘米，且在長期應用中麵臨(lin) 著超疏水失效等問題。

　　相較於(yu) 其他水下傳(chuan) 感器，研究團隊開發的基於(yu) 柔性導電薄膜的仿魚側(ce) 線水下傳(chuan) 感器不需要進行特殊的超疏水處理，並且結構簡單，檢測深度深，對振動信號響應靈敏、水下檢測深度範圍可調。

　　“在實驗中，這一傳(chuan) 感器在感知液麵微小機械振動方麵，例如刮風、下雨、樹枝落入水中引起液麵波動，均表現出高靈敏性。”肖鵬介紹，實際應用中，可以分析傳(chuan) 感器輸出電信號的頻率、波形、強度等信息進一步分析可能存在的刺激源，從(cong) 而起到水下預警的目的。

　　肖鵬說，此外，相較於(yu) 目前其他類型傳(chuan) 感器，這一傳(chuan) 感器外觀上的優(you) 勢就是厚度超薄，並且器件體(ti) 積小，整體(ti) 上呈透明，薄膜部分呈銀色，這跟一些魚類的顏色十分相近，不容易被生物察覺，可以較好地進行偽(wei) 裝。

　　記者了解到，目前傳(chuan) 感器的單個(ge) 製備材料成本不超過5元，未來可將其集成並應用到水下仿生機器人上進行實時感知，從(cong) 而進行生物追蹤。

　　“下一步，我們(men) 打算進一步優(you) 化提升這一傳(chuan) 感器的性能，同時拓展它的多功能應用。”肖鵬表示，團隊也會(hui) 考慮同相關(guan) 傳(chuan) 感器的廠商合作進行進一步研發，推動其產(chan) 業(ye) 化。