生物医学传感器——仿生传感技术

生物医学传感器——仿生传感技术2010年3月学习目的了解仿生传感器培养思维方式明确系统框架主要内容：一、仿生传感器的背景及现状二、仿生传感技术的研究模型的建立三、仿生传感器的主要类型和应用四、仿生传感器在医学中的应用一、仿生传感器的背景及现状仿生传感器是目前热门的研究领域。人们对人或其他动物的各种感觉如视觉，听觉，感觉，嗅觉和思维等行为进行模拟，研制出了自动捕获和处理信息，模仿人或动物行为的装置，这就是仿生传感器。机器人使用的传感器就是仿生传感器的典型应用,目前各国对此类传感器的研制和开发都非常重视。日本政府计划用3O年时间完成一项名为“阿童木”的机器人开发计划，计划目标是使机器人开发出具备一个5岁孩子的能力和感情，而计划投入的一半以上将用来研制各种仿生传感器。日本2010年最新推的出仿真婴儿机器人会打喷嚏流鼻涕英研制新型机器人可实时模仿10种人类表情二、仿生传感技术的研究模型的建立生物体的某个功能生物模型数学模型技术模型技术装置与生物的功能相似三、仿生传感器的主要类型和应用视觉传感器嗅觉传感器听觉传感器味觉传感器触觉传感器接近觉传感器力觉传感器和滑觉传感器视觉传感器视觉传感器主要检测被敏感对象的明暗度、位置、运动方向、形状特征等。通过明暗觉传感器判别对象物体的有无,检测其轮廓；通过形状觉传感器检测物体的面、棱、顶点，二维或三维形状。达到提取物体轮廓，识别物体及提物体固有特征的目的。位置觉传感器可以检测物体的平面位置、角度、到达物体的距离。达到确定物体空问位置、识别物本方向和移动范围等目的。通过色觉传感器检测物体的色彩，达到根据颜色选择物体进行正常工作的目的。这些视觉模仿多半是用电视摄像机和计算机技术来实现的。所以又称为计算机视觉。视觉传感器的低成本和易用性已吸引机器设计师和工艺工程师将其集成入各类曾经依赖人工、多个光电传感器，或根本不检验的应用。视觉传感器的工业应用包括检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡。视觉传感器的一些应用范例：在汽车组装厂，检验由机器人涂抹到车门边框的胶珠是否连续，是否有正确的宽度。在瓶装厂，校验瓶盖是否正确密封、装灌液位是否正确，以及在封盖之前没有异物掉入瓶中。在包装生产线，确保在正确的位置粘贴正确的包装标签在药品包装生产线，检验阿斯匹林药片的泡罩式包装中是否有破损或缺失的药片。在金属冲压公司，以每分钟逾150片的速度检验冲压部件，比人工检验快13倍以上。嗅觉传感器我们知道，动物是凭借灵敏的鼻子来闻出各种各样不同的气体，并做出相应的生理反应的。我们的鼻腔内壁上虽然只有大约1000个类似于气敏传感器的气体接受细胞组，但它却能辨别出种类达数以千计的不同气味（嗅觉一般的人能闻出4000多种气体，嗅觉灵敏的人可以闻出10000多种气体）。狗的嗅觉灵敏度是人的106倍。最新的研究表明嗅觉的产生是由多个嗅觉细胞组合起来共同对某种气味进行“探测”的结果。每一种不同的组合，感知一种不同的气味,由于组合方式多种多样，因此动物能辨别大量不同的气味。现在研究出来的“电子鼻”，适用于许多系统中测量一种或多种气味物质的气体敏感系统。电子鼻的基本结构包括下面三个部分：1、气体传感器阵列,他由具有广谱响应特性、较大的交叉灵敏度以及对不同气体有不同灵敏度的气敏元件组成。工作时气敏元件对接触的气体能产生响应并产生一定的响应模式。他相当于人类鼻子的嗅觉受体细胞。2、信号预处理单元,他对传感器的响应模式进行预加工，以达到漂移补偿、信息压缩和降低信号(随样品)起伏的目的，完成特征提取的任务。3、模式识别单元,对信号预处理单元所发出的信号做进一步的处理，完成对气体信号定性和定量的识别。包括数据处理分析器、智能解释器和知识库。他相当于人类的大脑。目前仿生嗅觉的研究趋势是利用具有交叉式反应的气敏元件组成一定规模的气敏传感器阵列来对不同的气体进行信息提取，然后将这些大量复杂的数据交由计算机进行模式判别处理。听觉传感器听觉传感器是人工智能装置。包括声音检测转换和语音信息处理两部分。它能使机器人实现“人一机”对话，赋于机器人这些智慧的技术称为语音处理系统。具有语音识别功能的传感器称为听觉传感器，实现语音识别技术的大规模集电路目前已商品化了。蝙蝠、海豚的听觉为主动型生物雷达——超声波传感器；夜蛾胸腹之间有一对鼓膜器，可以从很强的背景噪声中分辨出蝙蝠发出的超声波，其身上厚密的绒毛还能吸收蝙蝠发射的探测超声波，从而在天敌面前处于“隐身”状态。科学家通过把夜蛾身上绒毛状的材料用于飞机、舰船等装备，大大减少了目标被雷达、红外线和超声波发现的概率。味觉传感器味觉是同时捕捉多种物质的复合感觉。一个完善的“人工舌”必须研制出阵列式不同种敏感材料的膜电极，以感受不同味道，对味觉信息进行编码，综合图像处理和味觉识别。“能品酒的电子舌”。味觉传感器现以快速、简便、安全等特点迅速在食品质量与安全、生物、环境等领域得到广泛应用。能“品酒的”味觉传感器科学家通过把夜蛾身上绒毛状的材料用于飞机、舰船等装备，大大减少了目标被雷达、红外线和超声波发现的概率。蛇的接近触觉分辨率达0.0010℃，由此仿生所得到的红外测温感传感器四、仿生传感器在医学中的应用味觉传感器英国柴郡克鲁城镇的欧斯米泰克公司成功地开发出了电子鼻，试验表明，它能“嗅”出侵蚀病人皮肤伤口的细菌，提醒医生及时采取相应措施。他研究的电子鼻是由32个不同的有机高分子感应器组成的矩阵，对各种挥发性化合物散发的气味十分敏感，化合物不同，则反应不同。通常，细菌生长时会发出化学气味，电子鼻接触气味后，每个感应器的电阻会各自发生变化。由于每个感应器对应一种不同的化学物质，因此32种各不相同的电阻变化组成的“格式”便分别代表了不同气味的“指纹”。电子鼻能够区分健康细胞和癌细胞的不同“味道”，从而使医务人员能准确判定癌细胞群的具体位置，避免其与周围健康细胞发生混淆。电子鼻还可以应用于乙肝的检测等很多领域。电子鼻技术还可以用于检查其他部位的感染，帮助病人早发现，早治疗。谢谢