仿生学旨在研究生物系统的行为、原理、结构、形态和相互作用，为工程技术提供新的设计思路和工作机制。仿生传感器(Bionic sensors, BSs)可以模仿生物体的功能，包括体感、听觉、视觉、嗅觉、味觉、滑移等，其广泛用于智能机器人、医疗设备和柔性可穿戴设备等应用，压力和声音传感器是近年来的研究热点。例如，人类皮肤的表皮具有棘状表面，其中包含压力/触摸受体，这促使研究人员制造皮肤启发的压力传感器根据《世界听力报告》，全球有4.3亿人患有不同程度的听力损失，因此构建了高性能的人工声学传感器，并有望实现可植入式人工耳蜗功能。目前为止，BSs的运行主要依赖于外力、声音等外部刺激到电信号的转换，依赖光信号输出的BSs的案例很少被提出，特别是对于发光的压力和听觉BSs，还没有报道过。发光传感器输出的光信号稳定、精确、损耗低。因此，开发发光压力和听觉BSs将成为未来的重要挑战，同时为基于非化学刺激的光响应传感提供了有意义的探索。

我院闫冰教授团队将仿生学思想巧妙融入有机框架材料合成与应用研究之中，制备出超快超灵敏的压力-声音双模光响应传感器，并将之应用于人机交互，实现了对物体和信息的识别，相关成果以“Bioinspired Luminescent HOF-based Foam as Ultrafast and Ultrasensitive Pressure and Acoustic Bimodal Sensor for Human-Machine Interactive Object and Information Recognition”为题在线发表于化学、材料顶级期刊Advanced Materials上。

图1

闫冰教授团队首先合成了一例具有高发光效率(83.68%)的氢键有机框架(HOF-TTA)蓝光材料。然后通过结合HOF-TTA和三聚氰胺泡沫(MF)制备出了厚度分别为1.0 cm和0.1 cm的HOF-TTA@MF(1和2)。在发光压力传感过程中，1表现出优异的最大灵敏度(132.02 kPa^-1)、低的最低检测限(0.01333 Pa)、快速的响应时间(20 ms)、高精度和较好的可循环使用能力。2作为发光的听觉传感器，在255-1453 Hz范围中对520 Hz的声音表现出最高响应。在感应520 Hz声音的过程中，2具有超高灵敏度(1648441.3 cps·Pa·cm^-2)，低检测极限(0.36 dB)和超快的响应时间(10 ms)，范围在11.47-91.77 dB。研究人员对1和2的传感机理进行了充分研究验证。1和2作为可人机交互的双模传感器可以识别9种不同的物体以及“健康”“电话”“同济”等文字信息，具有很高的准确性和很强的鲁棒性。

图2 受人体体感和听觉功能的启发，双功能HOF-TTA@MF(1和2)可用于压力和听觉感知，1和2结合的双模传感器用于物体和词语信息识别

闫冰教授为论文的独立通讯作者，我院博士研究生生徐鑫为论文的第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金项目的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303410