仿生学旨在研究生物系统的行为、原理、结构、形态和相互作用，为工程技术提供新的设计思路和工作机制。仿生传感器(Bionic sensors, BSs)可以模仿生物体的功能，包括体感、听觉、视觉、嗅觉、味觉、滑移等，其广泛用于智能机器人、医疗设备和柔性可穿戴设备等应用，压力和声音传感器是近年来的研究热点。例如，人类皮肤的表皮具有棘状表面，其中包含压力/触摸受体，这促使研究人员制造皮肤启发的压力传感器根据《世界听力报告》，全球有4.3亿人患有不同程度的听力损失，因此构建了高性能的人工声学传感器，并有望实现可植入式人工耳蜗功能。目前为止，BSs的运行主要依赖于外力、声音等外部刺激到电信号的转换，依赖光信号输出的BSs的案例很少被提出，特别是对于发光的压力和听觉BSs，还没有报道过。发光传感器输出的光信号稳定、精确、损耗低。因此，开发发光压力和听觉BSs将成为未来的重要挑战，同时为基于非化学刺激的光响应传感提供了有意义的探索。
图1. 示意图阐述了受人体体感和听觉功能的启发，双功能HOF-TTA@MF(1和2)可用于压力和听觉感知，1和2结合的双模传感器用于物体和词语信息识别。
徐鑫合成了一例具有高发光效率(83.68%)的氢键有机框架(HOF-TTA)蓝光材料。然后通过结合HOF-TTA和三聚氰胺泡沫(MF)制备出了厚度分别为1.0 cm和0.1 cm的HOF-TTA@MF(1和2)。在发光压力传感过程中，1表现出优异的最大灵敏度(132.02 kPa-1)、低的最低检测限(0.01333 Pa)、快速的响应时间(20 ms)、高精度和较好的可循环使用能力。2作为发光的听觉传感器，在255-1453 Hz范围中对520 Hz的声音表现出最高响应。在感应520 Hz声音的过程中，2具有超高灵敏度(1648441.3 cps·Pa·cm-2)，低检测极限(0.36 dB)和超快的响应时间(10 ms)，范围在11.47-91.77 dB。1和2的传感机理得到了充分的研究。1和2作为可人机交互的双模传感器可以识别9种不同的物体以及"健康"、"电话"和"同济"等文字信息，具有很高的准确性和很强的鲁棒性。
该工作以“Bioinspired Luminescent HOF-based Foam as Ultrafast and Ultrasensitive Pressure and Acoustic Bimodal Sensor for Human-Machine Interactive Object and Information Recognition”为题在线发表于材料科学顶级期刊《Advanced Materials》上(https://doi.org/10.1002/adma.202303410)。该研究得到国家自然科学基金(21971194)的支持。
该文章的网址链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303410