柔性传感器在人机交互、电子皮肤、触觉感知、物联网等应用中至关重要，同时也因其柔韧性、轻质、灵活性、适应性而受到青睐。柔性微结构阵列在压力传感方面表现出显著优势，如高灵敏度和快速响应，但受到微纳制备策略和技术的限制，大多数研究工作局限于常规微结构，如圆柱、金字塔和半球阵列等。另一方面，具备智能的仿生耳朵能够敏感地检测声音并生成意识和逻辑决策能力，具有改变人类生活的极大潜力。高灵敏的压力传感器可以感应声压，可用于语音识别、语音控制等，但由于设备灵敏度和机器学习算法的探索有限，目前的研究局限于简单的音素。
图 1. 基于压阻式传感器的智能人工耳膜的设计原理，具有创新的单元架构的柔性微结构阵列。此研究设计并制备了一系列金字塔形微观结构：S-0 是传统的实心微结构，S-1 是基于气泡法实现的空心微结构，S-2 是进一步结合了微球模板制备的高级分层空心微结构。这一系列设计通过结构创新降低了微结构的等效模量。
图 2. 基于 S-0、S-1 和 S-2 阵列的 SEM图表征。
图 3. 传感器 S-0、S-1 和 S-2 的压力和声学传感性能的系统研究。
图 4. 通过有限元分析模拟的传感器的传感机制。相同外部压力下的应力分布图表明结构越复杂，应力集中效应越大。具有相同纵向形变量时的应力分布图表明结构越复杂，所需的力越轻微。
图 5. S-2用作智能人工耳膜的“听歌识曲”探索。包含机器学习流程图，歌曲片段电信号以及通过短时傅里叶变换获得的声谱，训练集和测试集的迭代曲线及结果图。
论文信息
Li, S.; Tian, J.; Li, K.; Xu, K.; Zhang, J.; Chen, T.; Li, Y.; Wang, H.; Wu, Q.; Xie, J.; Men, Y.; Liu, W.; Zhang, X.*; Cao, W.*; Huang, Z.* Intelligent Song Recognition via a Hollow-Microstructure-Based, Ultrasensitive Artificial Eardrum. Adv. Sci. 2024, 11, 2405501.
http://doi.org/10.1002/advs.202405501
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