仿生蛛 打造新型室温微芯片传感器

受自然界蜘蛛 启发,荷兰代尔夫特理工大学研究人员将纳米技术和机器学习相结合,成功设计出一种可在室温下工作的、极为精确的微芯片传感器——“蛛 纳米机械谐振器”。该设备属于迄今世界上最精确的传感器之一,能在与日常噪声极端隔离的情况下振动,表现出超过10亿的机械品质因数,是量子技术和传感技术结合的典范。这一突破性成果发表在《先进材料》杂志上,对引力和暗物质研究以及量子互联 、导航和传感领域都有重大意义。

当温度在绝对零度(约-273.15℃)以上时,由于电荷载流子的热运动,所有电阻都具有噪声,这种噪声称为热噪声。而研究微小物体振动(如传感器或量子硬件中使用的振动物体)的最大挑战之一是,如何防止环境热噪声与其脆弱状态相互作用。例如,量子硬件通常保持在接近绝对零度的温度下,但使用这种设备的冰箱每台价格高达50万欧元。

此次发明的 状微芯片传感器在室温中与噪音隔绝的情况下,共振效果极好。而且,这一发明将使建造量子设备的成本大大降低。

该研究的领导者之一理查德·诺特表示,蜘蛛 是很好的振动探测器,因为蜘蛛通过感知 内的振动来捕猎,而非风这样的外部因素。“何不搭乘数百万年进化之旅的便车,用蜘蛛 作为超灵敏设备的初始模型呢?”

研究人员利用贝叶斯优化算法研究复杂的蜘蛛 ,并建立了计算机模型。令人惊讶的是,该算法从150种不同的蜘蛛 设计中提炼出一个相对简单的模型。

计算机模型显示,该设备可在室温下工作,且原子剧烈振动。通过机器学习和优化,研究人员成功地设计出了在室温环境下具有超低能量耗散的蛛 纳米机械谐振器。

“这有点像推了一下秋千,然后秋千就能不停地摆动将近一个世纪。”诺特说。

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