文章核心观点 - 浙江大学团队在仿生传感技术领域取得重大突破，成功研制出一种仿生微光学天线，该技术模仿昆虫触角，实现了微型化、低功耗、高灵敏度的多模态感知，并成功集成于微型机器人平台，展示了从实验室到实际应用的潜力 [1][2][19] 生物灵感与技术突破 - 灵感来源于昆虫触角，其是高度集成、微型低功耗的多功能感知器官 [2] - 研究团队摒弃传统电子路径，成功复制昆虫触角结构，研制出仿生微光学天线，大小仅约100微米，重量约1毫克 [2] - 核心结构为微纳光纤外包裹功能化聚合物薄膜，通过测量外界刺激导致的光辐射或吸收损耗实现高灵敏度感知 [6] 制造工艺 - 利用液体表面张力驱动进行微米级自组装，制造良率超过96% [7] - 通过提拉浸入聚合物溶液的微纳米纤维，在表面张力与纤维弹力平衡时成型 [7] - 可通过更换“受体”薄膜材料定制功能，例如使用聚二甲基硅氧烷膜实现稳定传感，或使用掺杂溴百里酚蓝的Nafion膜专用于氨气检测 [7] 多模态感知性能 - **触觉**：通过探测光纤弯曲导致的光损耗工作，力灵敏度达5.7%/nN，噪声仅0.08%，力分辨率高达14.1皮牛，还能感知气流和温度变化 [9] - **听觉**：模仿昆虫约翰斯顿器官，听觉带宽覆盖10赫兹至10兆赫，在100赫兹至20千赫范围内声压灵敏度约10毫伏/帕，可精微分频 [10] - **嗅觉**：基于Nafion-BTB薄膜的受体对氨气检测极限达28 ppb，响应和恢复时间分别为80毫秒和1.5秒，远超商用传感器 [12] - **集成感知**：单个微光学天线利用多波长解耦技术，可同步感知触、听、嗅刺激且串扰极低，成功实现对8微牛力、9赫兹声波和60ppm氨气的同步检测 [14] 机器人平台应用验证 - 集成于扑翼蝴蝶机器人，开发了总重小于6克的超轻集成模块，两只微光学天线对称安装于头部，机器人可实时感知并区分触摸、风、声音、温度及氨气，并在检测到氨气超标后自主执行刹车与着陆 [16][18] - 安装在尺寸小于10厘米的瓢虫地面机器人上，展示了在触觉探索、声信号采集及危险气体泄漏监测等场景的应用潜力 [18] 技术前景与潜力 - 标志着仿生感知技术迈入新阶段，在光学传感原理、张力驱动装配工艺和多模态解耦集成上实现创新融合 [19] - 通过采用更细光纤或更复杂设计，其尺寸、灵敏度与功能仍有巨大提升空间 [19] - 其微型化、低功耗、抗干扰特性，在微小型机器人、精密医疗诊断、危险环境监测及可穿戴设备等领域具有广阔应用潜力 [19]