仿生蜘蛛網(wǎng)打造新型室溫微芯片傳感器

發(fā)布：cyqdesign 2021-12-03 09:31 閱讀：2335

受自然界蜘蛛網(wǎng)啟發(fā)，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)研究人員將納米技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，成功設(shè)計(jì)出一種可在室溫下工作的、極為精確的微芯片傳感器——“蛛網(wǎng)納米機(jī)械諧振器”。該設(shè)備屬于迄今世界上最精確的傳感器之一，能在與日常噪聲極端隔離的情況下振動(dòng)，表現(xiàn)出超過(guò)10億的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，是量子技術(shù)和傳感技術(shù)結(jié)合的典范。

這一突破性成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上，對(duì)引力和暗物質(zhì)研究以及量子互聯(lián)網(wǎng)、導(dǎo)航和傳感領(lǐng)域都有重大意義。

當(dāng)溫度在絕對(duì)零度（約-273.15℃）以上時(shí)，由于電荷載流子的熱運(yùn)動(dòng)，所有電阻都具有噪聲，這種噪聲稱為熱噪聲。而研究微小物體振動(dòng)（如傳感器或量子硬件中使用的振動(dòng)物體）的最大挑戰(zhàn)之一是，如何防止環(huán)境熱噪聲與其脆弱狀態(tài)相互作用。例如，量子硬件通常保持在接近絕對(duì)零度的溫度下，但使用這種設(shè)備的冰箱每臺(tái)價(jià)格高達(dá)50萬(wàn)歐元。

此次發(fā)明的網(wǎng)狀微芯片傳感器在室溫中與噪音隔絕的情況下，共振效果極好。而且，這一發(fā)明將使建造量子設(shè)備的成本大大降低。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一理查德·諾特表示，蜘蛛網(wǎng)是很好的振動(dòng)探測(cè)器，因?yàn)橹┲胪ㄟ^(guò)感知網(wǎng)內(nèi)的振動(dòng)來(lái)捕獵，而非風(fēng)這樣的外部因素。“何不搭乘數(shù)百萬(wàn)年進(jìn)化之旅的便車，用蜘蛛網(wǎng)作為超靈敏設(shè)備的初始模型呢？”

研究人員利用貝葉斯優(yōu)化算法研究復(fù)雜的蜘蛛網(wǎng)，并建立了計(jì)算機(jī)模型。令人驚訝的是，該算法從150種不同的蜘蛛網(wǎng)設(shè)計(jì)中提煉出一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的模型。

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