图1.仿毛发传感器结构及实物图
图2.机械结构层的SEM表征图
仿生传感器是指对人或其他动物的各种感觉（如，视觉、听觉、嗅觉等）行为进行模拟而开发的敏感器件。受到生物毛发敏感机理的启发，仿毛发传感器受到空气流动、振动等外界环境的作用后，可将物理信号转化为电信号，从而可实现对速度、角速度、加速度等多种物理信息的高灵敏度测量，并得到众多研究者的关注。近日，北京市科学技术研究院智慧养老研究所的李永振研究团队依托北京市自然科学基金青年项目、北科萌芽计划，利用微型柔性机构，并结合谐振检测原理，创新设计并研制了微型高灵敏仿毛发传感器，可实现对空气流速、加速度等物理信息的测量。
目前，现有的仿毛发传感器多基于电容、压阻、压电等检测原理，而采用谐振检测原理的传感器，具有半数字输出信号的优势，可去除模数转化过程所带来的测量误差，从而提高传感器测量精度。现有仿毛发传感器中，毛发结构在外界干扰下产生的作用力可通过放大结构（目前常用杠杆结构）作用于谐振器的谐振梁末端，而杠杆结构的放大比由杠杆力臂比决定，不利于传感器微型化、高灵敏度等性能的进一步提升。
基于现有仿毛发传感技术发展现状，李永振研究团队经过不断地尝试与探索，提出采用具有分布柔度的桥式柔性结构用于毛发结构根部有效作用力的放大，并结合谐振检测原理，研制了一款新型仿毛发传感器。提出基于玻璃衬底上硅（Deep Dry Silicon on Glass，DDSOG）和绝缘衬底上硅（Silicon on Insulator，SOI）两种制备工艺，研制出的传感器本体结构尺寸为11mm×11mm×3mm。对研制的仿毛发传感器进行了空气流速的测试试验研究，实验结果表明，在5m/s的流速范围内，该传感器的灵敏度约为8.56 Hz/(m/s)2，实现了微型化、高灵敏度仿毛发传感器的研制，为仿毛发传感器设计提供了一种新的思路。
目前，该成果的研发团队已申请发明专利2项，发表SCI论文1篇，并探索了仿毛发传感器在穿戴式监测设备、辅助设备中的应用。下一阶段，该团队将探究传感器制备、封装工艺，力争实现对传感器的真空封装，进一步提高传感器的性能；此外，为拓展其在穿戴式监测设备中的广泛应用，开展基于摩擦伏特效应的自供能传感技术研究，实现穿戴式检测设备的微型化、轻量化，可为仿毛发传感器的工程应用提供技术支撑。
(李永振 文/图)