生物結(jié)構(gòu)的功能是綜合性的,而不是像計(jì)算機(jī)部件那樣需分別開(kāi)發(fā)。仿生學(xué)工程所面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是研制綜合系統(tǒng),它類(lèi)似于微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS),兩者都集成了電子和機(jī)械裝置。但是,MEMS是通過(guò)功能組合構(gòu)成的,而仿生分層系統(tǒng)的電子裝置是整體中不可分割的一部分。仿生結(jié)構(gòu)需要用較厚的層來(lái)制造,而電子裝置必須具有很精細(xì)的尺寸,因此需要結(jié)合使用這兩種不同的工藝過(guò)程。
制造綜合系統(tǒng)就需要嵌入傳感器,包括壓電和光學(xué)傳感器。仿生綜合系統(tǒng)的表面將裝備大量的傳感器,用以感知周?chē)沫h(huán)境。
科學(xué)家們正在研究為什么一種名為Melanophila的甲蟲(chóng)能遙感50千米以外森林火災(zāi)引起的紅外輻射。這種甲蟲(chóng)會(huì)群聚在森林火災(zāi)附近,在樹(shù)皮的內(nèi)側(cè)產(chǎn)卵。研究人員發(fā)現(xiàn),這種甲蟲(chóng)具有一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu),幫助它們探測(cè)紅外輻射。甲蟲(chóng)翅膀下的碟式結(jié)構(gòu)包含70個(gè)很小的洋蔥狀結(jié)構(gòu),能起到紅外傳感器的作用。當(dāng)適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)撞擊到洋蔥狀結(jié)構(gòu)時(shí),它的體積增加,對(duì)壹皮構(gòu)成壓力,近而觸發(fā)神經(jīng)元,促使甲蟲(chóng)開(kāi)始搜尋熱源。科學(xué)家們正在復(fù)制和改進(jìn)這種天然的壓電晶體傳感器結(jié)構(gòu),以便制造出一種無(wú)需專(zhuān)門(mén)冷卻.可在室溫下工作的紅外探測(cè)器。勞倫斯，伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在研制變色傳感器,當(dāng)存在目標(biāo)物質(zhì)時(shí)傳感器由藍(lán)色變成紅色。參照細(xì)胞膜的模型,可針對(duì)一種特定的生物目標(biāo)設(shè)計(jì)傳感器。分子通過(guò)自組裝排列形成膜,然后用光使分子聚合物化,在藍(lán)色的模子中連接成一體。科學(xué)家們可在膜中加入蛋白質(zhì)、碳水化合物或其他分子,以便捆綁特定的目標(biāo)物質(zhì)。分子一旦識(shí)別出目標(biāo)物質(zhì),膜將由藍(lán)色變成紅色,提示有目標(biāo)物質(zhì)存在。
化學(xué)和生物戰(zhàn)可能是這種傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域,它在出現(xiàn)生物攻擊時(shí)可瞬時(shí)識(shí)別可疑的病原體,食品工業(yè)也可利用它監(jiān)視變質(zhì)和被污染的食品。例如,檢驗(yàn)員只要將傳感器在肉上擦一下,就可探測(cè)出是否存在大腸桿菌等危險(xiǎn)的病原體。此外,還可在食品包裝袋上附上這樣的傳感器條,顧客可以根據(jù)顏色的變化判斷食品是否變質(zhì)。
在未來(lái)的小型、微型甚至納米機(jī)器人中,如模擬蜜蜂蝴蝶甚至蜂螂的小型機(jī)器昆蟲(chóng)將配備眾多的仿生傳感器。
