人工侧线是近年发展起来的检测气体、液体流场环境(包括流体速度、流体加速度等)信息的仿生传感器,在水下探测、微流体检测、智能皮肤等方面有重要的应用前景。但是,现有侧线传感器在流向辨别、低频扰动过滤等方面存在不足,可靠性、功耗、体积均难以满足微型化和集成化要求。本文设计了一种基于鱼类侧线感知原理的纤毛式流场检测器件,用于检测流体流速的微小变化,具体研究内容如下:(1)研究了侧线检测器的仿生原理。通过对斑马鱼侧线的观察和研究,介绍了侧线神经丘的分布和生物学结构,并分析了其形态和功能,研究了侧线神经丘对流体信号(刺激和扰动)的感受机理。依据仿生工程学原理,提出了基于仿生侧线感知原理的新型MEMS检测器件的研制思路。(2)对仿生检测器的纤毛阵列结构等进行了设计和数值模拟。根据侧线神经丘感受流体刺激的工作原理进行了检测器件结构设计,研究了纤毛深宽比对检测器件灵敏度的影响,确定了动纤毛高度为1000μm,纤毛直径为150μm,利用Comsol有限元分析软件进行流场的数值模拟,创新性地设计了纤毛簇的阶梯式阵列单元,提高了检测器件的灵敏度,同时能够实现流向辨别、低频扰动的过滤。(3)研究了仿生检测器的制造方法。制造了一种新型的基于鱼类侧线感知原理的MEMS检测器件,主要包括敏感基底、纤毛簇和包覆凝胶三部分,分别与侧线神经丘的感受细胞、毛细胞和胶质顶一一对应。采用溶胶-凝胶法制备了PZT溶胶,旋涂到基片上得到压电薄膜,通过光刻、溅射、干法刻蚀等MEMS工艺完成了检测器件敏感基片的制作。最后,利用SU-8 2150光刻胶倾角旋涂与立体光刻制作了阶梯式静纤毛单元,使用光纤丝制作了大深宽比的动纤毛。(4)开展了仿生检测器件样机的组装与性能的初步测试。组装了敏感基片、动纤毛和水凝胶帽,通过精密装配工作台实现动纤毛的粘接,并用水凝胶滴铸成形工艺实现纤毛簇的包覆。在空气流场中对检测器样机进行了初步测试,对比了有无包覆水凝胶的样机对流场信号的响应,验证了检测器的流向辨识功能。结果表明,未包覆水凝胶的检测器的灵敏度为0.57mV/(mm/s),包覆水凝胶的检测器的灵敏度为1.18mV/(mm/s),包覆水凝胶检测器的灵敏度提高了2~3倍,检测器的非敏感方向输出信号较小且有滞后现象。