移動(dòng)端


當(dāng)前位置：興旺寶>資訊首頁> 技術(shù)前沿
閱讀排行 更多
企業(yè)直播 更多
推薦展會(huì) 更多

科學(xué)家實(shí)現(xiàn)生物傳感器新突破 但廣泛應(yīng)用仍面臨困難

2021-03-16 15:59:09來源：儀表網(wǎng) 閱讀量：198 評(píng)論

分享：

　　第四十屆語音信號(hào)處理會(huì)議 ICASSP2015 上，一篇題為《機(jī)器人聽覺：興起與展望》的論文提到：機(jī)器人用“耳朵”同時(shí)聽到幾件事，正是基于其聽覺能力，這也是改善人機(jī)互動(dòng)與共生的重要因素。
 
　　機(jī)器人聽覺主要有三大功能：聲源定位、聲源分離、分離后的聲音識(shí)別。
 
　　其聽覺的關(guān)鍵在于對(duì)噪聲環(huán)境的實(shí)時(shí)處理和魯棒性，以及對(duì)各種機(jī)器人和硬件配置的高靈活性。通俗來講，要想讓機(jī)器人“聽見”，就需要麥克風(fēng)陣列將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，隨后經(jīng)過對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，獲得聲音包含的信息。
 
　　當(dāng)然，打造機(jī)器人聽覺，說起來容易做起來難。機(jī)器人的聽覺系統(tǒng)需要傳感、機(jī)械、控制等因素的協(xié)調(diào)配合，可謂涵蓋了多個(gè)學(xué)科，要想做到像人耳那樣(能聽辨出聲音類型、內(nèi)容、來源、遠(yuǎn)近、方位等)是一件困難的事情。
 
　　前不久，該團(tuán)隊(duì)題為 《耳朵機(jī)器人：蝗蟲耳朵芯片生物混合平臺(tái)》的研究成果正式發(fā)表于《傳感器》雜志。
 
　　生物耳朵有何優(yōu)勢(shì)？這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)選定的主角是蝗蟲。
 
　　原因在于，經(jīng)過數(shù)億年的進(jìn)化，昆蟲已經(jīng)獲得了一些自然界中高效強(qiáng)大的感知器官，如果把這些感知器官視作傳感器，那么相比眾多人造傳感器，這種傳感器的優(yōu)勢(shì)在于體積小、重量輕、功耗低、可適用于多變的環(huán)境。
 
　　尤其是在聽覺方面，昆蟲的聽覺傳感器經(jīng)過多次進(jìn)化，已經(jīng)可以發(fā)揮場(chǎng)景分析、交流的功能，有著高度的多樣性，具體來看：形態(tài)上，其耳朵可以是近場(chǎng)敏感的觸角，也可以是遠(yuǎn)場(chǎng)敏感的鼓膜。功能上，可以是窄帶過濾器(蚊子)，也可以是寬帶傳感器(夜蛾)。神經(jīng)處理上，可以只有一個(gè)神經(jīng)元(夜蛾)，也可以有數(shù)千個(gè)干預(yù)神經(jīng)元(雄性蚊子耳朵有 15000 個(gè)神經(jīng)元)。
 
　　而沙漠蝗蟲耳朵較為敏感，所涵蓋的頻率范圍廣，可以被作為一個(gè)很好的從神經(jīng)系統(tǒng)讀取電生理信息的模型。
 
　　研究團(tuán)隊(duì)表示：目前為止，還沒有哪項(xiàng)研究證明生物混合機(jī)器人平臺(tái)(bio-hybrid robotic platform)能夠通過生物傳感器對(duì)聲音做出反應(yīng)。在機(jī)器人平臺(tái)上加入生物傳感器，可以有兩方面優(yōu)勢(shì)，一是可以將其行為、能力與特征鮮明的自然蝗耳進(jìn)行比較，二是可以將其與純粹的技術(shù)設(shè)備(麥克風(fēng)陣列)進(jìn)行比較。
 
　　生物傳感器(biosensor)，是一種對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))、適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等等)及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。
 
　　論文顯示，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)生物混合平臺(tái) Ear-Bot，它集成了沙漠蝗蟲的聽覺系統(tǒng)作為傳感輸入，與一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)相連接。通俗來講就是，打造一個(gè)蝗蟲耳朵芯片 Ear-Chip，將其作為機(jī)器人的聽覺傳感器。在這個(gè)過程中，團(tuán)隊(duì)利用到了微生理系統(tǒng)(MPS，也稱芯片上的器官 OoC)的新發(fā)展，也就是“人體器官芯片技術(shù)”。
 
　　人體器官芯片是一項(xiàng)新興的前沿技術(shù)，簡(jiǎn)單來講就是指一種在載玻片大小的芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)，包含著活體細(xì)胞、組織界面、生物流體等器官微環(huán)境的關(guān)鍵要素，因此可以在體外模擬人體組織器官的主要結(jié)構(gòu)功能特征以及器官間的聯(lián)系。
 
　　值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)通過 SolidWorks CAD 軟件對(duì)芯片進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后通過 3D 打印生物相容性牙科透明樹脂進(jìn)行芯片的制作，終成功地創(chuàng)造了一種持久的微型感應(yīng)裝置。同時(shí)，Ear-Bot 還配備了定制電極，可測(cè)量耳朵的電生理反應(yīng)，并將其傳遞給機(jī)器人。機(jī)器人還集成了處理信號(hào)和運(yùn)行不同算法所需的所有電子設(shè)備(包括前置放大器、電路板等)。除了定制芯片 Ear-Chip 和電極以外，該機(jī)器人平臺(tái)還包括一個(gè)信號(hào)放大器、一個(gè)控制器和信號(hào)處理器系統(tǒng)(CSPS)
 
　　研究人員拍拍手，蝗蟲耳朵就會(huì)識(shí)別出聲音并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其傳輸至機(jī)器人的電生理測(cè)量系統(tǒng)、控制器和信號(hào)處理系統(tǒng)。值得一提的是，Ear-Bot 系統(tǒng)能夠在混雜的噪聲中區(qū)分出電機(jī)和拍手的聲音。
 
　　也就是說，蝗蟲耳朵對(duì)各種頻率都較為敏感，可對(duì)真實(shí)的聲音做出反應(yīng)。如下圖所示，其響應(yīng)在 3.5 kHz(±2)左右，對(duì)來自不同方向的聲音的響應(yīng)無顯著變化，且對(duì)距離在 5-35cm 之間的聲音響應(yīng)無差異。可見，Ear-bot 能夠?qū)碜圆煌较蚝途嚯x的聲音做出反應(yīng)。
 
　　隨著生物科學(xué)、信息科學(xué)和材料科學(xué)發(fā)展成果的推動(dòng)，生物傳感器技術(shù)飛速發(fā)展。但是，生物傳感器的廣泛應(yīng)用仍面臨著一些困難，今后一段時(shí)間里，生物傳感器的研究工作將主要圍繞選擇活性強(qiáng)、選擇性高的生物傳感元件；提高信號(hào)檢測(cè)器的使用壽命；提高信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用壽命；生物響應(yīng)的穩(wěn)定性和生物傳感器的微型化、便攜式等問題。
 
　　原標(biāo)題：科學(xué)家實(shí)現(xiàn)生物傳感器新突破 但廣泛應(yīng)用仍面臨困難
版權(quán)與免責(zé)聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：興旺寶裝備總站”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-興旺寶合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：興旺寶裝備總站”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非興旺寶裝備總站）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。 3.如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
我來評(píng)論

昵稱 驗(yàn)證碼

文明上網(wǎng)，理性發(fā)言。（您還可以輸入200個(gè)字符)

所有評(píng)論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場(chǎng)無關(guān)

    相關(guān)新聞

    • 北理工課題組在生物傳感器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

      TFB將基因型和表型耦連，能夠?qū)⒎肿拥臐舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)化為可視化的光信號(hào)，允許研究者用酶標(biāo)儀代替吞吐量低、成本高的液相、氣相色譜技術(shù)。
      2025-02-13 14:16:54    14880
      生物傳感器

    • 生物傳感器觀察植物運(yùn)作 未來將有廣闊應(yīng)用前景

      日前，德國(guó)拜羅伊特大學(xué)和發(fā)育生物學(xué)研究所開發(fā)出一種新型傳感器，可以實(shí)時(shí)顯示植物細(xì)胞中生長(zhǎng)素的空間分布，并可快速檢測(cè)環(huán)境變化對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。
      2021-04-13 13:43:04    227
      生物傳感器植物運(yùn)作

    • 2021年2月機(jī)器人行業(yè)融資一覽

      2021年2月，機(jī)器人行業(yè)相關(guān)領(lǐng)域共有17起融資案例，融資總額約18.84億元。
      2021-03-18 10:46:49    174
      機(jī)器人機(jī)器人配件