香港科技大学的研究人员开发了一种受人类听觉系统启发的传感器阵列设计技术。通过模仿人耳通过音调区分声音的能力，这种创新的传感器阵列方法可以优化传感器阵列在机器人、航空、医疗保健和工业机械等领域的应用。
该团队与香港城市大学合作的研究结果发布在《科学进展》杂志上，题为“One-wire reconfigurable and damage-tolerant sensor matrix inspired by the auditory tonotopy”。 Long Zhihe博士和Lin Weikang先生是这项工作的第一作者。
传统的传感器阵列面临着布线复杂、可重构性有限和抗损伤能力低等挑战。由香港科技大学机械及航空航天工程学系杨正宝副教授领导的设计，通过为每个传感器单元分配一个独特的频率，并使用传感器单元信号来调制频率信号的幅度，类似于人体耳蜗中毛细胞处理的不同频率，从而解决了这些挑战。
然后将这些不同频率的调幅信号叠加到单个导体上，最后使用快速傅里叶变换算法来破译各个信号。这种设计允许在不牺牲功能的情况下将大量输出线从传统的行列设置减少到单根线。
这种创新方法允许解码系统同时处理来自所有传感器单元的信息，这与现有的传感器阵列解码时分复用实现形成鲜明对比。
研究团队利用传感器连接网络中的冗余设计来确保连续运行，即使阵列连接网络的一部分损坏也是如此。这种设计特征的灵感来自内耳和神经元中的毛细胞之间的多个突触连接，如果一条通路失败，则提供备份。
这种冗余设计不仅增强了系统的损伤容限，而且还实现了更大的可重构性，这一功能在快速变化的环境中特别有用，例如响应式机器人或适应性强的可穿戴设备。乐高风格的模块化设计还可以节省维护成本，因为它比传统的多线传感器阵列更容易维修。
所提出的传感器阵列技术提供了许多潜在的应用。其灵活性和坚固性使其非常适合集成到曲面和恶劣环境中运行。它可以适应表面的形状和多模态传感要求，同时提供实时数据。
在实践中，该团队已经在两个主要应用中展示了传感器阵列的功能——压力传感器阵列和压力-温度多模态传感器阵列。后者尤其值得注意，因为它可以监测医用假肢的关键参数，从而提高用户的舒适度和安全性。
该团队还强调了该技术在监测飞机机翼应变分布方面的潜力，这可能有助于开发更安全、更省油的飞机。
尽管具有许多优点，但这种传感器阵列设计确实遇到了一些局限性。阵列中传感器单元的数量受到电路工作带宽的限制，小型化的潜力受到每个传感器单元所需的现成电子元件尺寸的限制。
展望未来，科大团队将进一步简化传感器阵列的设计，并寻求商业合作，将这项技术推向市场。
