须力学

在自然界中，一些物种使用灵活的探针积极探索周围环境，获取重要的感官信息，如表面拓扑结构和纹理、水/空气流速等。例如，老鼠和其他啮齿动物有一系列面部触须(或胡须)，它们用这些触须收集有关外部世界的触觉信息。探针的机械变形导致动物神经系统神经元活动的复杂机制仍远未被理解。这是由于柔性传感器的变形力学的复杂性，负责将变形转化为电活动的过程，以及随后由神经系统表示的感觉信息。了解这些机械感觉信号是如何被神经系统转导和提取的，有望对生物功能有很大的了解，并具有新的技术应用。为了理解感觉传导的机械方面，在这里，我们使用高速录像技术监测了大鼠在运动过程中撞击具有不同拓扑(表面特征)的刚性物体时触须的变形。在我们观察的激励下，我们开发了详细的数值模型来研究这种柔性探针的力学。我们的研究结果阐明了触须的主动感觉如何提供感官信息，并在几个技术领域具有直接意义。从这个角度来看，我们提出了一些策略，其中柔性探针可以用于高速表征表面拓扑结构，这是许多技术应用(如内存存储和检索)的理想特征。(全文随附)