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This paper presents research on high-performance flexible sensors developed by a research team from Jilin University's Key Laboratory of Bionic Engineering in China, inspired by scorpion slit receptors.

This paper is from June 2025.

Despite visual system degradation over 430 million years of evolution, scorpions developed an ultra-sensitive mechanosensory system to hunt in darkness. The research team analyzed three core mechanisms of the slit receptors in scorpion legs—"stress concentration-high-pass filtering-omnidirectional localization"—and developed sensors mimicking these principles.

First, they achieved ultra-high sensitivity through gradient crack structures. The scorpion's nanoscale curved slits (less than 50nm wide) concentrate dispersed mechanical energy 300-fold at the crack tip, detecting vibrations as small as 1nm amplitude from sand grain movement within 20cm. The team fabricated sensors with ultra-fast response times of 110ms and durability maintaining stable performance after over 80,000 loading cycles.

Second, they implemented signal decoupling through viscoelastic materials for high-pass filtering. The horseshoe-shaped structure at the front of the slit receptor exhibits dynamic mechanical properties that vary with frequency, dissipating low-frequency interference while efficiently transmitting high-frequency vibration signals. This enables selective signal filtering in complex environments.

Third, curvilinear array layouts enable omnidirectional localization. Twelve slits distributed radially around a center detect vibration waves from any direction through asymmetric deformation, accurately determining vibration source orientation by analyzing timing differences between adjacent slit electrical signals.

To address cross-interference and integration redundancy problems in conventional multimodal sensing systems, the team introduced a vertically stacked heterogeneous integration strategy. Through synergistic design of stretchable conductive films and strain-isolated communication interfaces, they constructed a flexible multimodal sensing system capable of pressure-temperature bimodal sensing, multiaxial stress decoupling, and spatial distribution tracking.

This biomimetic architecture demonstrated significant advantages in medical monitoring (pulse and respiratory detection), industrial equipment health management, and lunar rover terrain sensing. This research marks a leap from single-device innovation to systematic technology, providing a new paradigm for developing adaptive intelligent sensing systems in extreme environments.

The W5500 was used as a data transmission module.

This system consists of the following equipment:

a. Acceleration sensor array

b. Constant current adapter

c. AD7606 analog-to-digital converter

d. STM32 development board

W5500 data transmission module - Laptop computer

The W5500 collected vibration signals generated from gait patterns (walking, jogging, running, and stepping) in this system and transmitted this data to a computer for target localization and action classification.

More than 100 papers annually use the W5500 for its Ethernet functionality, and a simple search on scholar.google.com lists over 1,000 examples of W5500 Ethernet functionality.

https://scholar.google.co.kr/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=w5500+ethernet&oq=w

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이 논문은 중국 지린대학교 생체공학 연구팀이 전갈의 슬릿 수용체에서 영감을 받아 개발한 고성능 유연 센서에 관한 연구이다.

지린 대학교는 간도 지역인 중국 길림성에 위치해 있습니다.

이 논문은 2025년 6월 논문입니다.

전갈은 4억 3천만 년의 진화를 거치며 시각 시스템이 퇴화했음에도 불구하고, 어둠 속에서 사냥하기 위해 초민감 기계감각 시스템을 발달시켰다. 연구팀은 전갈 다리에 있는 슬릿 수용체의 "응력 집중-고역 통과 필터링-전방향 위치 확인"이라는 세 가지 핵심 메커니즘을 분석하고, 이를 모방한 센서를 개발했다.

첫째, 그래디언트 크랙 구조를 통해 초고감도를 달성했다. 전갈의 나노스케일 곡선 슬릿(폭 50nm 미만)은 분산된 기계적 에너지를 크랙 끝에 300배로 집중시켜, 20cm 거리에서 모래알 움직임이 만드는 1nm 진폭의 진동까지 감지한다. 연구팀은 이를 모방해 110ms의 초고속 반응 시간을 가진 센서를 제작했으며, 8만 회 이상의 반복 하중에도 안정적인 성능을 유지하는 내구성을 확보했다.

둘째, 점탄성 물질을 이용한 고역 통과 필터링으로 신호 분리를 구현했다. 슬릿 수용체 전방의 말굽 모양 구조는 주파수에 따라 변하는 동적 기계적 특성을 가져 저주파 간섭은 소산시키고 고주파 진동 신호만 효율적으로 전달한다. 이를 통해 복잡한 환경에서도 원하는 신호만 선별할 수 있다.

셋째, 곡선형 배열 레이아웃으로 전방향 위치 확인이 가능하다. 12개의 슬릿이 중심을 기준으로 방사형으로 분포하여 모든 방향의 진동파를 비대칭 변형으로 감지하고, 인접 슬릿 간 전기 신호의 시간차 분석을 통해 진동원의 방위를 정확히 파악한다.

연구팀은 기존 다중모드 감지 시스템의 상호간섭과 통합 중복 문제를 해결하기 위해 수직 적층 이종 통합 전략을 도입했다. 신축성 전도성 필름과 변형 격리 통신 인터페이스의 협력 설계를 통해 압력-온도 이중모드 감지, 다축 응력 분리, 공간 분포 추적이 가능한 유연 다중모드 감지 시스템을 구축했다.

이 생체모방 구조는 의료 모니터링(맥박, 호흡 감지), 산업 장비 상태 관리, 달 탐사 로버의 지형 감지 등에서 뛰어난 성능을 보여주었다. 이 연구는 단일 소자 혁신에서 체계적 기술로의 도약을 이루며, 극한 환경에서 적응형 지능 감지 시스템 개발을 위한 새로운 패러다임을 제시한다.

W5500은 데이터 전송 모듈로 사용되었습니다.

이 시스템은 다음과 같은 장비들로 구성되어 있습니다.

a. 가속도 센서 배열 (Acceleration sensor array) - 미세한 물리적 진동 신호 감지 및 수집

b. 정전류 어댑터 (Constant current adapter) - 센서 구동 및 안정적인 전력 공급

c. AD7606 아날로그-디지털 변환기 (Analog-to-digital converter) - 가속도 센서에서 나오는 아날로그 센서를 STM32가 처리할 수 있도록 디지털 데이터로 변환.

d. STM32 개발 보드 (Development board) - 데이터 처리 및 제어 

W5500 데이터 전송 모듈

노트북 컴퓨터 (Laptop computer)

W5500은 이 시스템에서 보행 패턴(걷기, 조깅, 달리기, 딛기)에서 생성된 진동 신호를 수집하고 , 이 데이터를 컴퓨터로 전송하여 대상 위치 파악 및 행동 분류를 수행하는 데 기여했습니다.

이처럼 매년 100편 이상의 논문에서 W5500을 이더넷 기능으로 사용하고 있으며, scholar.google.com 에서 현재 1000편 이상의 W5500을 Ethernet 기능으로 활용한 사례를 쉽게 검색해서 찾아 볼 수 있습니다. 

https://scholar.google.co.kr/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=w5500+ethernet&oq=w

Reference(참고문헌)