Ultrasensitive Crack-based Mechanosensor Inspired by Spider's Sensory Organ

거미의 감각기관을 모사한 초민감 균열기반 진동압력센서

Spiders detect even tiny vibrations through their vibrational sensory organs. Leveraging their exceptional vibration sensing abilities, they can detect vibrations caused by prey or predators to plan attacks or perceive threats, utilizing them for survival. This paper introduces a nanoscale crack-based sensor mimicking the spider's sensory organ. Inspired by the slit sensory organ used by spiders to detect vibrations, the sensor with the cracks detects vibrations and pressure with high sensitivity. By controlling the depth of these cracks, they developed a sensor capable of detecting external mechanical signals with remarkable sensitivity. This sensor achieves a gauge factor of 16,000 at 2% strain with an applied tensile stress of 10 N. With high signal-to-noise ratio, it accurately recognizes desired vibrations, as confirmed through various evaluations of external force and biological signals (speech pattern, heart rate, etc.). This underscores the potential of utilizing biomimetic technology for the development of new sensors and their application across diverse industrial fields.

거미는 진동감각기관을 통하여 미세한 진동까지도 감지해낸다. 뛰어난 진동 감지 능력을 활용해 먹이나 포식자가 발생시키는 진동을 감지하여 공격을 계획하거나 위협을 파악하며 생존에 활용한다. 본 논문은 거미의 진동감각기관을 모사하여 개발된 초민감 진동압력센서에 대해 기술한다. 거미가 진동을 감지하는데 사용하는 감각기관에 위치한 작은 틈에 착안하여 센서에 균열을 생성하였고, 균열의 깊이를 제어하여 외부로부터 오는 압력이나 진동을 매우 민감하게 감지할 수 있는 센서를 개발하였다. 이 센서는 10 N의 인장응력을 적용하여 2%의 변형률에서 게이지 계수가 16000에 도달한다. 이는 높은 신호대잡음비를 가져 정확하게 원하는 진동을 인식할 수 있는 소자로서 외력(압력, 진동)과 생체 신호측정 등 다양한 평가를 통해 센서의 높은 민감도를 증명하였다. 이를 통하여 생체모사 기술을 활용한 새로운 센서의 개발 및 다양한 산업 분야로의 응용 가능성을 제시한다.