仿生傳感器在未來(lái)的應(yīng)用前景是非常好的，畢竟仿生傳感器是機(jī)器人必不可少的組成。為增進(jìn)大家對(duì)仿生傳感器的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)仿生傳感器中的聽(tīng)覺(jué)視覺(jué)傳感器、觸覺(jué)傳感器、生物傳感器予以介紹。如果你對(duì)仿生傳感器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、仿生嗅覺(jué)系統(tǒng)

電子鼻是受生物嗅覺(jué)原理的啟發(fā),將現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)等工程手段緊密結(jié)合研制成的新穎仿生檢測(cè)儀器.通常,樣品揮發(fā)的氣味與陣列中多個(gè)氣敏傳感器反應(yīng),將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后經(jīng)過(guò)一系列放大降噪調(diào)理、基線校準(zhǔn)或歸一化等預(yù)處理過(guò)程,獲取并增強(qiáng)該樣品所對(duì)應(yīng)的綜合指紋信息,再?gòu)闹刑崛『线m的特征輸入到特定的模式識(shí)別算法,最終完成對(duì)樣品的定性或定量辨識(shí)。

與生物嗅覺(jué)的結(jié)構(gòu)和功能相比較,電子鼻氣室內(nèi)的氣敏傳感器陣列相當(dāng)于鼻腔上的嗅上皮, 具有交叉敏感的化學(xué)傳感器則相當(dāng)于對(duì)多種氣味分子敏感的嗅神經(jīng)元,其作用都將氣味的化學(xué)信息轉(zhuǎn)換為電信息;預(yù)處理的功能類似于嗅球內(nèi)信號(hào)的整合與增強(qiáng);模式識(shí)別原理,特別是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)方法,則一定程度上模擬了大腦皮層信息編碼、處理和存儲(chǔ)等過(guò)程。

氣敏傳感器陣列實(shí)現(xiàn)了氣味信息從樣品空間到測(cè)量空間的轉(zhuǎn)換，是電子鼻信息處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同傳感原理和制作工藝的氣敏傳感器豐富了電子鼻對(duì)氣味信息的獲取途徑，常用的有金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS),石英晶體微天平(QCM)、導(dǎo)電聚合物(CP)、 聲表面波(SAW)等。構(gòu)建陣列的傳感器除了應(yīng)該滿足響應(yīng)快且可逆、重復(fù)性好,靈敏度高等條件,還必須對(duì)各種氣味廣譜敏感(弱選擇性),并且陣列中各傳感器對(duì)同種氣味要交叉敏感,以保證從有限數(shù)量的傳感器中獲取更多的氣味信息。通常,從傳感器陣列中獲取的原始信號(hào)數(shù)據(jù)量很大,需要先對(duì)其進(jìn)行特征提取,將模式從較高維的測(cè)量空間變換到較低維的特征空間,而模式識(shí)別過(guò)程則是將特征空間劃分為分類空間的過(guò)程，它是電子鼻智能化的核心單元。

二、聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)傳感器

聽(tīng)覺(jué)傳感器主要指語(yǔ)音識(shí)別，它是將聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電信號(hào)，再通過(guò)信號(hào)處理來(lái)進(jìn)行識(shí)別。實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別的集成電路典型型號(hào)有TMS320CSOPQ和TMS320CGBL等。聽(tīng)覺(jué)傳感器的典型應(yīng)用是能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)“人—機(jī)”對(duì)話。視覺(jué)傳感器是從整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素點(diǎn)，通過(guò)對(duì)圖像的處理用來(lái)檢測(cè)對(duì)象的形狀、位置、方向及明暗等特征。它包括位置覺(jué)傳感器和色覺(jué)傳感器，主要是用電視攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)色覺(jué)傳感器檢測(cè)對(duì)象物體的有無(wú)，再通過(guò)位置覺(jué)傳感器判斷對(duì)象物體的位置及形狀特征，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，提取并識(shí)別對(duì)象特征。接近覺(jué)傳感器是一種特殊的視覺(jué)傳感器，它只感知距離信息，根據(jù)距離信息判斷對(duì)象特征。

三、觸覺(jué)傳感器

觸覺(jué)也正在被人工仿真用于研制人工觸覺(jué)器。美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的研究人員研制了一種像頭發(fā)一樣的觸覺(jué)傳感器。許多動(dòng)物和昆蟲(chóng)都能用其毛發(fā)辨別許多不同事物,包括方向、平衡、速度、聲音和壓力等。這種人造毛發(fā)是利用性能很好的玻璃和多晶硅制造的,通過(guò)光刻工藝由硅基底刻蝕出來(lái)的。這種人造發(fā)毛的大型陣列可用于空間探測(cè)器上,其探測(cè)周?chē)h(huán)境的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)今己有的任何系統(tǒng),美國(guó)宇航 局目前正積極參與這項(xiàng)研究。這種傳感器面臨的最大挑戰(zhàn)是產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量太大。為避開(kāi)這一問(wèn)題,研究人員首先研究和模仿了人類自身觸覺(jué)系統(tǒng)的工作。每個(gè)手指大約有2 0 0根神經(jīng),而且還有錯(cuò)綜復(fù)雜的表皮紋理,所以它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量之多連大腦都難以處理。但是由于皮膚的彈性就像一個(gè)低通濾波器,能濾掉一些細(xì)枝末節(jié),所以才使大腦的這項(xiàng)處理簡(jiǎn)化可行。研究者正利用仿生技術(shù)解決人造毛發(fā)數(shù)據(jù)量過(guò)大的問(wèn)題。

四、生物傳感器

生物傳感器是在基礎(chǔ)傳感器上在耦合一個(gè)生物敏感膜而形成的，是一類特殊的傳感器，它以生物活性單元(如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)作為生物敏感單元，對(duì)目標(biāo)測(cè)物具有高度選擇性的檢測(cè)器。生物傳感器是一門(mén)由生物、化學(xué)、物理、醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)等多種學(xué)科互相滲透成長(zhǎng)起來(lái)的高新技術(shù)。因其具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、成本低、在復(fù)雜的體系中進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，特別是它的高度自動(dòng)化、微型化與集成化的特點(diǎn)，使其在近幾十年獲得蓬勃而迅速的發(fā)展。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)如食品、制藥、化工、臨床檢驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面有廣泛的應(yīng)用前景。生物傳感器的研究開(kāi)發(fā)，已成為世界科技發(fā)展的新熱點(diǎn)，形成21世紀(jì)新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，具有重要的戰(zhàn)略意義。

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