韓国の科学者は、いつか人や建物などに「スパイダーセンス」と同等の機能を与える可能性のある強力な新しい音と動きのセンサーを開発中です。これは新しいスパイダーマン映画の空想的な展開ではなく、現実世界でクモの足がどのように機能するかという発見を実際に応用したものです。
これらの「亀裂センサー」（別名「ナノスケール亀裂接合ベースの感覚システム」）は、人が身に着けたり、物体の上に置いたりすることができ、クモの亀裂の形をしたスリット器官からインスピレーションを得たものです。クモの脚に存在するこれらの器官は、表面のクモの硬い外骨格と、隙間にある一種の柔軟なパッドで構成されており、クモの神経系に直接接続されています。
[slug="スパイダーマンのコスチューム" も参照]
専門家らは、この新技術の応用可能性はほぼ無限にあると考えており、録音や音声認識から、動きや地震前の初期の揺れの感知に至るまで、あらゆる分野での利用が考えられる。また、ウェアラブル血圧センサーやその他の医療監視アプリケーションとしても使用できます。
これらのパッドは音や振動に非常に敏感で、クモに対する早期警告システムとして機能します。クモが雑誌で叩きつけようとするとそれを察知しそうになり、振り切る前に逃げてしまうのはこのためです。言い換えれば、あなたのほんの小さな動きによって、不気味なクローラーに組み込まれたスパイダーセンス警報システムが作動した可能性があります。
自然界では、クモの足の亀裂は強力な感知システムの一部です。 クレジット: 自然
で研究は水曜日に発表された研究者らはジャーナル「ネイチャー」で、人間の問題を解決するためのインスピレーションとして自然のモデルを使用するバイオミミクリーの注目すべき例を詳述している。
具体的には、研究者らは、粘弾性ポリマーの上にある20ナノメートルの白金層からこれらのスリットベースのセンサーの機械版を構築する方法を示している。白金層を変形させて下の軟質ポリマーに通じる亀裂を生じさせることで、研究者らは新しいセンサーの表面全体の電気伝導度を測定することができました。
[slug="gold-color-changing-paint" も参照してください]
センサーの音を認識する能力を比較するテストでは、少なくとも厳しい音響条件においては、亀裂センサーまたは機械式スパイダーセンサーがマイクよりも優れた性能を示しました。人の「行く」、「ジャンプ」、「撃つ」、「停止」の発話を測定する場合、機械式スパイダーセンサーは 92 デシベルの環境でその言葉を正確に捕捉しましたが、スタンドマイクでは音声を明確に録音できませんでした。
科学者たちは、バイオリンにセンサーを取り付けて簡単な音を鳴らしたときにも同様の結果を達成しました。音符を正確に測定し、デジタル信号に変換して曲を再現しました。また、このセンサーを手首に装着すると、心拍を正確に測定するためにも使用されました。
やり方
専門家によると、このナノクラックセンサーが非常に優れているのには十分な理由があり、それはタイルに関係しているそうです。
「私はそれをタイリングの美徳と呼んでいます」とドイツのマックス・プランク・コロイド・界面研究所のピーター・フラッツル教授は語った。フラッツル氏はこの研究には関与していないが、韓国チームの基礎を築く研究に取り組んだ。 2009年、ウィーン大学のフラッツル博士とフリードリヒ・バルト博士論文を発表しましたクモのスリット器官に。
「私たちが生物学的現象を説明すると、彼らはそれを取り入れて、その側面の 1 つを技術システムに変えました」とフラッツル博士は Mashable に語った。研究者らによると、フラッツルとバースの2009年のNature論文を読んで、その幾何学形状を電気機械センシングシステムに模倣することを提案したのは、研究の筆頭著者であるDaeshik Kangだったという。
ナノスケールの亀裂接合ベースの感覚システムは、クモの脚の亀裂と同じ原理、つまり展性のある材料上の硬い表面に基づいています。センサーを伸ばしたり変形させたりすると、ギャップが広くなり、感度が高くなります。 クレジット: 自然
クモのスリット器官の異常な生理学がクモの強力な感知能力の原因となっており、どうやらそれは機械装置にも応用できるようです。これを理解する最良の方法は、亀裂センサーをゴムの上に接着された硬い金属タイルと考えることだとフラッツル氏は説明しました。ゴムの長さを 1% 伸ばすと、金属タイル (クモの外骨格など) はまったく伸びませんが、各タイル間のゴム (下の感知パッド) ははるかに大きな割合で伸びます。
このストレッチにより、実際には一種の増幅システムが作成されます。ネイチャー誌から韓国チームの研究について意見記事を書くよう依頼されたフラッツル氏は、「私が判断できる限り、彼らはシステムに組み込んだ信じられないほどの増幅機能のおかげで、非常に小さな振動に対して非常に高い感度に達している。微小な振動を測定するためのものです。」
「亀裂の開閉により抵抗が大きく変化するため、当社の模倣ナノ亀裂センサーは電気抵抗に超高感度を与えることができます」と、この研究に携わったソウル国立大学機械航空宇宙工学科のマンスー・チョイ教授はMashableに語った。電子メール。
センサーは既に曲がっているか湾曲しているため、ウェアラブルデバイスとして機能する可能性があるとマンスー氏は言う。彼らの研究では、人々の首に装着して音声認識を行ったり、手首に装着して詳細な血圧を測定したりすることができた。
同氏は、これらの亀裂ギャップのほんのわずかな変化でも電気抵抗が大きく変化する可能性があり、これは測定可能であると指摘しました。 「私たちは、一見有害な (または役に立たない) 亀裂をうまく利用して有用なデバイスになる可能性があることを示しています。通常、亀裂は避けるべき欠陥であることが知られています」とマンスー氏は書いています。
韓国の研究者らは、クラックセンサーを（左から右に）心拍数と血圧を読み取るために腕に、音声認識のために首に、そして曲を録音するためにバイオリンに試してみた。 クレジット: 自然
カリフォルニア大学リバーサイド校の生物学教授とクモの専門家シェリル・ハヤシ氏は、「これは想像力豊かな研究チームと生体模倣によって何が達成できるかを示す素晴らしい模範的な研究だ」とMashableへの電子メールで述べた。林氏は新たな研究には関与していない。
林教授も「クモの感覚器官の人工バージョンは、最も微妙な変形に対して信じられないほど敏感であることが示されており、したがって、かなりの背景干渉がある場合でも振動を検出するために使用できる。うまくいけば、そう遠くないうちに」と同意する。 spidey-sense のテクノロジーは私たちの生活の一部になるでしょう。」
ただし、最初のナノクラックセンサーを装着するまでには少なくとも数年かかるでしょう。マンスー氏のチームは、プラチナをより安価な材料に置き換えることを望んでおり、マンスー氏は私たちに、「長期安定性テストを行う必要がある…商品化するには3年から5年は必要だと感じている」と語った。
