仿生傳感器在未來的應(yīng)用前景是非常好的，畢竟仿生傳感器是機器人必不可少的組成。為增進(jìn)大家對仿生傳感器的認(rèn)識，本文將對仿生傳感器中的聽覺視覺傳感器、觸覺傳感器、生物傳感器予以介紹。如果你對仿生傳感器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。
一、仿生嗅覺系統(tǒng)
電子鼻是受生物嗅覺原理的啟發(fā),將現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)和模式識別技術(shù)等工程手段緊密結(jié)合研制成的新穎仿生檢測儀器.通常,樣品揮發(fā)的氣味與陣列中多個氣敏傳感器反應(yīng),將化學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號,然后經(jīng)過一系列放大降噪調(diào)理、基線校準(zhǔn)或歸一化等預(yù)處理過程,獲取并增強該樣品所對應(yīng)的綜合指紋信息,再從中提取合適的特征輸入到特定的模式識別算法,最終完成對樣品的定性或定量辨識。
與生物嗅覺的結(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)信號的整合與增強;模式識別原理,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、處理和存儲等過程。
氣敏傳感器陣列實現(xiàn)了氣味信息從樣品空間到測量空間的轉(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,還必須對各種氣味廣譜敏感(弱選擇性),并且陣列中各傳感器對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數(shù)據(jù)量很大,需要先對其進(jìn)行特征提取,將模式從較高維的測量空間變換到較低維的特征空間,而模式識別過程則是將特征空間劃分為分類空間的過程，它是電子鼻智能化的核心單元。
二、聽覺和視覺傳感器
聽覺傳感器主要指語音識別，它是將聲音信號經(jīng)過檢測轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電信號，再通過信號處理來進(jìn)行識別。實現(xiàn)語音識別的集成電路典型型號有TMS320CSOPQ和TMS320CGBL等。聽覺傳感器的典型應(yīng)用是能使機器人實現(xiàn)“人—機”對話。視覺傳感器是從整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計的像素點，通過對圖像的處理用來檢測對象的形狀、位置、方向及明暗等特征。它包括位置覺傳感器和色覺傳感器，主要是用電視攝像機和計算機技術(shù)來實現(xiàn)的。通過色覺傳感器檢測對象物體的有無，再通過位置覺傳感器判斷對象物體的位置及形狀特征，最后通過計算機處理，提取并識別對象特征。接近覺傳感器是一種特殊的視覺傳感器，它只感知距離信息，根據(jù)距離信息判斷對象特征。
三、觸覺傳感器
觸覺也正在被人工仿真用于研制人工觸覺器。美國伊利諾斯大學(xué)的研究人員研制了一種像頭發(fā)一樣的觸覺傳感器。許多動物和昆蟲都能用其毛發(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,通過光刻工藝由硅基底刻蝕出來的。這種人造發(fā)毛的大型陣列可用于空間探測器上,其探測周圍環(huán)境的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)今己有的任何系統(tǒng),美國宇航 局目前正積極參與這項研究。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。為避開這一問題,研究人員首先研究和模仿了人類自身觸覺系統(tǒng)的工作。每個手指大約有2 0 0根神經(jīng),而且還有錯綜復(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處理簡化可行。研究者正利用仿生技術(shù)解決人造毛發(fā)數(shù)據(jù)量過大的問題。
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，對目標(biāo)測物具有高度選擇性的檢測器。生物傳感器是一門由生物、化學(xué)、物理、醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)等多種學(xué)科互相滲透成長起來的高新技術(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，特別是它的高度自動化、微型化與集成化的特點，使其在近幾十年獲得蓬勃而迅速的發(fā)展。在國民經(jīng)濟的各個部門如食品、制藥、化工、臨床檢驗、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等方面有廣泛的應(yīng)用前景。生物傳感器的研究開發(fā)，已成為世界科技發(fā)展的新熱點，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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