仿生學是探索生物系統的優秀特征🧖🏼‍♀️🗂，包括結構、特性、功能🦹🏿‍♀️、能量轉換和信息控製，並有效地應用於技術系統和工程的一門學科。柔性仿生傳感器 (FBSs)作為一種傳感平臺，可以彎曲、拉伸🫎、變形形狀💇🏿‍♀️，在輕微的機械變形或特征變化下檢測外部物理或化學刺激，如聲音👦🏿、壓力、位移、溫度或氣味等。人類神經網絡中多感官刺激的集成和交互促進了高級認知功能。其中，聽覺系統可以檢測、處理和存儲環境中傳輸的動態聲學信號⏮，使通信高效而直接，並促進了人工聽覺傳感器的發展。人耳可以聽到的聲音頻率的頻率為20 – 20000 Hz‼️，而低於該範圍的是次聲波。一些動物(水母和大象等)可借助於次聲波進行信息交流和危險感知🧑‍🎨。在人類社會中，次聲波廣泛應用於醫學、軍事🕓👩🏼‍🦱、工業和農業🤫，以及海嘯和地震等自然災害預測。生物嗅覺系統是另一個重要的感官平臺，能夠對大量氣味分子進行關鍵識別，賦予人類感知周圍環境、評估和識別潛在危險的能力，這推動了光學鼻的出現。雖然有一些通過模仿聽覺或嗅覺系統的電聽覺或嗅覺傳感器見諸報道，但目前在一個光學設備上集成對聲音和氣味的雙峰響應仍然面臨很大的困難👂🏽。光響應雙峰FBSs具有高精度、高穩定性、高靈敏度和易於製備的優點🏋🏼。開發用於聽覺和嗅覺傳感的光響應雙峰FBSs在促進環境監測👨‍🦰、災害預警和醫療保健等方面非常有前景。

近日，恒达平台化學科學與工程學院閆冰教授團隊巧妙地將仿生學思想融合於氫鍵有機框架光激活器件設計之中👨🏻‍🦯‍➡️，製備出超靈敏的聽覺-嗅覺光響應柔性仿生傳感器🙋🏽，並能同時應用於物理刺激次聲波與化學刺激揮發性氣體的監測和雙峰信息集成，相關研究成果“Biomimetic Eu@HOF photoactivated sponge as ultrasensitive auditory and olfactory sensor for infrasound wave monitoring and bimodal information integration”在線發表於國際知名期刊《先進功能材料》。

研究人員受嗅覺和聽覺感知系統的啟發🖖🏿，通過高效便捷的浸塗工藝，將氫鍵有機框架和三聚氰胺海綿融為一體，製備了一例聽覺-嗅覺雙峰FBS(Eu@HOF-BPTC@MS)。團隊詳細分析了Eu@HOF-BPTC@MS的聽覺響應機製，該聽覺傳感器對聲音具有超高靈敏度(41335.995 cps·Pa⁻¹·cm⁻²)、超高精密度(RSD<0.20%)🤽🏿、超快響應時間(20 ms)、超低檢測限(1.1039 Hz和0.1083 dB)和良好的可回收性(148次循環)🏘。同時它可實時監測4 – 20 Hz內的次聲波，並且通過有限元分析，研究人員模擬了其對聲音的響應過程👧🏻🧏🏼‍♂️。此外，基於人工智能技術，團隊研究了Eu@HOF-BPTC@MS嗅覺傳感性能。作為嗅覺FBS，該傳感器表現出優異的靈敏度，具有ppm水平的響應極限和對四種氣味分子的理想選擇性🚵🏼‍♀️，並實現了可穿戴的現場實時檢測。最後，通過人機交互👩🏼‍🌾，完成聽覺和嗅覺信號的集成和互操作🌟。總之，該雙峰聽覺-嗅覺FBS在實現雙模態交互、模擬復雜的生物經系統以及促進環境監測、災害預警和醫療保健等方面非常有前景🤨♿。

（a）聲音和氣味分子刺激的生物多感官整合神經系統（b）Eu@HOF-BPTC@MS的製備（c）聽覺傳感器的聲波和次聲波傳感（d）嗅覺傳感器的氣味分子傳感

閆冰教授為論文的獨立通訊作者，博士研究生朱凱為論文的第一作者🧟‍♀️。該研究工作得到國家自然科學基金項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202401395