[發明專利]基于表面對稱電極壓電材料柱的蚊子聽覺實體模型

在審

• 申請號: 202011177890.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112419859A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 邊義祥;陸施恩;姜亞妮;鄭再象;郭廣明;朱林;吳志學;劉冬稔;王昌龍;陳文家
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G09B23/36
• 分類號: G09B23/36
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰

本發明公開一種基于表面對稱電極壓電材料柱的蚊子聽覺實體模型，精確模仿蚊子聽覺系統的結構和工作機制。本發明的蚊子聽覺實體模型，包括上部開口以柔性彈性膜(4)密封的圓盒狀剛性底座(3)；還包括階梯結構彈性桿(2)，階梯結構彈性桿(2)下端固定連接在底座(3)底部，其上端穿過柔性彈性膜(4)，伸出于剛性底座(3)上表面；階梯結構彈性桿(2)伸出于剛性底座(3)上表面的部分縱向分布一端與彈性桿(2)固定連接的多層纖毛層，還包括固設于剛性底座(3)盒內底部、周向均勻分布于階梯結構彈性桿(2)周邊，上端與階梯結構彈性桿(2)接觸的第一至四表面對稱電極壓電材料柱(11、12、13、14)。

技術領域

本發明屬于蚊子聽覺仿生技術領域，特別是一種基于表面對稱電極壓電材料柱的蚊 子聽覺實體模型。

背景技術

蚊子聽覺系統，包括一根桿狀觸角，桿狀觸角上部四周分布有密集的纖毛，下部包裹在江氏器中。當蚊子周圍有氣流或聲波經過時，纖毛將受到空氣阻力作用，推動桿狀 觸角產生彎曲變形。江氏器根據感知的桿狀觸角根部變形的方向和幅值，判斷周圍氣流 或聲波的方向和幅值。蚊子利用聽覺系統，可以逃避追捕，或進行配偶定位。聽覺系統 是蚊子重要的感覺器官。由于體積小、結構復雜精細，很難通過現有的技術手段，直接 測量蚊子聽覺系統的力學響應，或研究其工作機制。而根據真實的蚊子聽覺系統結構， 用人工材料(或器件)代替相應的生物組織，設計制備蚊子聽覺實體模型，可以較真實 地觀察和測量出蚊子聽覺系統的工作機制，并進行各種生物體不方便開展的物理實驗， 促進了解蚊子的觸覺和聽覺機理。

目前，蚊子聽覺實體模型的結構如中國發明專利“一種多電極含芯壓電聚合物放大 裝置”(申請號：201510753555.8公開日：2016.01.20)所述，一個懸臂梁的一端設置在絕緣材料制成的底座上，另一端自由懸空成為自由端；在懸臂梁除自由端部分的表面涂 有一組對稱電極，一個作為正極，一個作為負極，該電極與懸臂梁之間絕緣，且該電極 與底座不接觸；在自由端未涂布的表面上粘貼PVDF纖維，PVDF纖維長度從上到下逐漸 變長，沿自由端圓周方向均勻分布。可以實現對微小變形量的精確測量。

上述放大裝置中，懸臂梁本身是壓電聚合物，利用壓電效應，可以感知自身的變形。 但是，由于懸臂梁表面只有一組對稱電極，只能產生一個傳感信號，因此，懸臂梁只能感知自身變形的方向或幅值，不能同時感知變形和幅值。上述放大裝置這種結構和工作 機制與蚊子聽覺系統有很大的不同。在蚊子聽覺系統中，聽覺桿本身不具有感知能力， 其變形由江氏器感知。江氏器中有多個感覺細胞和聽覺桿同時接觸，以同時感知聽覺桿 的變形方向和幅值。因此，中國發明專利“一種多電極含芯壓電聚合物放大裝置”與蚊 子聽覺系統的結構不同，感知周圍氣流或聲波的工作原理也不相同，其生物力學特性也 有很大的區別，不能完全模仿蚊子聽覺系統的工作機制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于表面對稱電極壓電材料柱的蚊子聽覺實體模型，精 確模仿蚊子聽覺系統的結構和工作機制。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種基于表面對稱電極壓電材料柱的蚊子聽覺實體模型，包括上部開口的圓盒狀剛 性底座3；

所述剛性底座3的上部開口以柔性彈性膜4密封；

還包括一下部直徑大、上部直徑小的階梯結構彈性桿2，所述階梯結構彈性桿2下端固定連接在底座3底部，其上端穿過所述柔性彈性膜4，伸出于剛性底座3上表面；

所述階梯結構彈性桿2伸出于剛性底座3上表面的部分縱向分布多層纖毛層，每層纖毛層包括一端與所述彈性桿2固定連接的周向均布的多根纖毛5；

還包括固設于所述剛性底座3盒內底部的第一至四表面對稱電極壓電材料柱11、12、 13、14；

所述第一至四表面對稱電極壓電材料柱11、12、13、14周向均勻分布于階梯結構彈性桿2周邊，上端與階梯結構彈性桿2接觸。本發明與現有技術相比，其顯著優點為：