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蜘蛛在完全黑暗的环境中捕猎。这些蛛形纲动物在视觉敏锐度方面的不足，通过外骨骼上微小的裂缝来弥补——这些裂缝会随着外部环境的振动而颤动。然后，蜘蛛的神经系统会从其他分散注意力的噪音中过滤出最重要的振动。这是大自然完美的传感器。
现在，科学家们正从自然界中汲取灵感，制造他们自己的人工蜘蛛传感器。在12月11日出版的《自然》杂志上发表的一篇论文中，来自韩国的一个研究小组描述了他们的新型机械传感器。（《大众科学》是自然出版集团的一部分）。他们通过在铂片中嵌入裂缝来模仿外骨骼的裂缝来制造它，并表示这种传感器可以提供前所未有的灵敏度，甚至在未来具有医疗应用。“该传感器可以用作超灵敏应变传感器或生理监测传感器，”韩国首尔国立大学的机械工程师、该研究的主要作者 Mansoo Choi 说。“它可以用来详细监测心脏功能，并且可以进一步开发来检测残疾人发出的微小物理振动，以识别他们的意图，例如说话。”
纳米技术，遇见蜘蛛感应
Choi 和他的团队首先咨询了蜘蛛生理学方面的专家。他们了解到，裂缝器官——也称为裂形器官，因其与七弦琴相似而得名——嵌入在蜘蛛腿关节附近的外骨骼中。
研究人员着手通过使用合成材料来模仿裂缝器官感知环境振动的能力。他们传感器的核心是一张仅 20 纳米厚的超薄铂片，上面布满了微小的平行裂缝。（一纳米是十亿分之一米，或约四十亿分之一英寸。）细微的振动——例如声波或心跳引起的——将扩大或压缩这些裂缝，从而改变它们的电阻。“这意味着即使是很小的位移也会极大地改变电阻，”Choi 说。“如果你测量电阻的变化，你可以高精度地检测到非常小的位移变化。”
结果是产生了一个具有前所未有灵敏度的传感器。相对灵敏度通常通过它们的应变系数来衡量——电阻变化与机械应变的比率。大多数传感器的应变系数小于 10。Choi 的传感器的应变系数超过 2,000。
迈向可穿戴传感器
纳米技术的优点之一是，如果你把它做得足够薄，几乎任何物质都会变得柔软。由于它非常薄，Choi 的传感器中的铂膜能够在保持其高灵敏度的同时随着身体弯曲——这些特性为可穿戴应用开辟了前景。“该传感器可以附着在皮肤和衣服等曲面上，以检测随时间变化的外部力的变化，从而监测生理信号的变化，”Choi 说。
由于传感器可以区分某些单词的独特振动，Choi 和他的团队将传感器附着在参与者的脖子上，并证明他们可以使用语音命令玩基本电脑游戏。当佩戴在手腕上时，传感器还可以收集详细的心率信息。“我们认为它可以用于医疗应用，因为它可以在人体皮肤上附着，具有高灵敏度，”Choi 补充道。
Choi 和他的团队的下一步将是继续开发传感器，以便最终将其商业化。Choi 估计，他的团队还需要三到五年才能让他们的传感器为市场做好准备。与此同时，Choi 计划寻找降低价格的方法。“我们可能需要用更便宜、高导电的金属（如铜或铝）来代替昂贵的铂金，以进一步降低成本，”他说。
区分信号和噪声
其他科学家警告说，尽管 Choi 的传感器非常灵敏，但它不一定能在不同的声音之间无缝区分。蜘蛛的天然传感器不仅捕捉最小的振动，还能从多余的噪音中筛选出必要的信号。“蜘蛛使用频率滤波器来尽可能消除噪音，”德国马克斯普朗克胶体与界面研究所的物理学家和生物材料专家彼得·弗拉茨尔说。“如果你记录你听到的每一个声音，你都会疯掉——我们必须非常有选择性地接受什么，并忽略噪音。当然，这对传感器来说并不是一件容易的事情。”
在同一期《自然》杂志上发表的相关论文中，弗拉茨尔承认了该传感器令人印象深刻的灵敏度，但呼吁开发一种更具辨别力的设备，可以更好地区分最重要的振动和分散注意力的噪音。“就其出色的灵敏度而言，这是一项伟大的成就，”弗拉茨尔说，“但我认为蜘蛛的[天然]传感器仍然有很多有趣的秘密值得研究。”