基于摩擦纳米发电机原理的仿生声学传感器研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yukon_hawk
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听觉是人类获取外界信息的重要手段,也是与外界交流的重要途径。但是,世界上有很多人却被各种耳聋疾病所困扰。其中很多人是神经性耳聋患者,治疗这种耳聋疾病的方法是给患者佩戴人工耳蜗。传统的人工耳蜗主要是半植入的设备,包括体内和体外两个组成部分。这种电子人工耳蜗治疗耳聋的技术虽然比较成熟,但也有较多的缺点,比如比制作较复杂,需要经常更换电池,限制佩戴者参加一些活动等。  近年来,全植入式的仿生耳蜗器件引起了科研工作者的极大兴趣。很多科学家开始研究无需外界提提供能量,制作简单,可以完全植入人耳内的仿生学器件来治疗感音性耳聋。目前国际上的一些研究小组已经制备了具有上述特点的传感器,比如仿生基底膜传感器,仿生耳蜗毛细胞传感器等等。  受此影响本论文设计了一种基于摩擦发电机原理的期望未来能够完全植入耳蜗的自供能仿生人工基底膜。我们设计的这种传感器,主要是基于纳米摩擦发电机技术这一新兴的科学技术,模拟了耳蜗基底膜的功能,有效的实现对声音频率的选择。  我们的研究主要分为以下几个方面:  首先,我们了解人的耳蜗的工作机理;调研了国际上对于治疗神经耳聋的各种方法,其中包括各种类型传统电子人工耳蜗,新型的全植入式仿生耳蜗等等;调研了新兴的摩擦发电机技术,掌握了摩擦发电机的发电机理,设计特点以及它在运用中的优势。  其次,我根据耳蜗基底膜的形状特点,基于摩擦发电机原理,我们设计出了两种类型的仿生基底膜。一种是单层振膜结构,另一种是双振膜结构。两种结构的振膜都是采用了PTFE,其形状模仿耳蜗基底膜呈梯形。  最后,对于梯形振膜对声音频率的响应特点,我进行了软件仿真。同时,我们还测试了这两种仿生膜的实验特性,验证了我们的器件具有耳蜗基底膜的特性。这些测试主要包括声音的声压与仿生膜的振幅的关系;仿生膜不同位置的共振频率大小等等。  总之,本论文介绍了一种新型的基于摩擦发电机的仿生耳蜗基底膜治疗感音性耳聋的方案,不仅为在医学领域为耳聋治疗提供了一种具有启发性的独特思路,也拓展了摩擦发电机在声学领域的应用。
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