弹簧秤是一种宏观尺度的测力计，人们经常用它来称量各种果蔬、商品等。如果将尺寸缩小至微纳尺度，是否有可能像弹簧秤那样有标定地对微小力进行“称量”呢？

这需要大幅度降低传感器的探测极限，对器件的精密性提出了极高的要求。在以往研究中，科学家们往往通过优化结构本身的机械性能来解决该问题。

近期，西湖大学与国科大杭州高等研究院团队合作，另辟蹊径地从优化加工工艺的角度出发，制备出一种新型光纤弹簧传感器。

该研究中所能加工出最优弹簧的弹性系数 k 降至 44.5pN/nm，灵敏度相较已报道文献的结果高出 4 个数量级，探测极限达 40 皮牛（pN，10-12N），可与大多数微机电系统器件相媲美。

皮牛级光纤传感器有望对提升传感器精度开拓新的思路，并在应用层面对很多学科具有参考意义。例如，扫描式弹簧光纤传感器有望被应用在薄膜杨氏模量测量及生物力学传感等领域，“非接触”探测模式在湍流探测、光力测量等领域具有应用价值。

该研究中关于制备方面的分析和探索，可被应用于其他复杂 3D 结构的加工，提高 3D 结构在其他应用场景下的性能。

此外，在解释微纳尺度物理现象时，微小力的精密测量是重要的参考之一。在该研究中，光纤传感器还被应用于微观气流力测量领域。

得益于该传感器的高精度，研究人员在实验中捕获到出气口附近气流力随气压的非线性变化过程，体现了高精度力学传感器在感知微观物理现象的潜力。

西湖大学国强讲席教授仇旻指出，“我们期待皮牛级光纤传感器被应用于多学科的基础研究探索，通过力学传感的方式可能会发现越来越多的物理现象，未来通过精密力学测量有望对基础科学的探索做出贡献。”

审稿人对该研究评价道：“仇旻等人提出了一项有趣的研究，将纳米力学、增材制造和光子学相结合，实现了皮牛级光纤端面力学传感器。该研究是纳米机械工程领域很好的范例，具有重要的基础研究相关性和应用潜力。”

来源：传感器专家网