For the patients who suffer from sensorineural hearing loss by damaged or loss of hair cells in cochlea, biomimetic artificial cochlea to remedy disadvantages of the existing cochlea implant system has been intensively studied by many researchers. This report introduces a new concept of biomimetic artificial hair cell to mimic the function of the original hair cell using inorganic-based piezoelectric acoustic nanosensor (iPANS), which has inherently advanced electrical performance. A trapezoidal silicone-based membrane (SM) mimicked the function of mammalian basilar membrane for frequency separation, and flexible iPANS was fabricated utilizing laser lift-off technology to overcome its brittle characteristics. To more clearly address the experimentally achieved performance of the flexible iPANS, simulations was carefully conducted under the same condition with the experiment. SM has been successful with separating the frequency of incoming sound, vibrating differently according to varying locations, thus allowing iPANS to convert the vibration displacement of ~15 nm into electrical output of ~55 μV, which was in close match with simulation result of 51.7 μV. This conceptual biomimetic artificial hair cell using inorganic piezoelectric materials sheds another light on the field of artificial cochlea, although there are many tasks to be solved for practical device.
소리자극에 반응하는 SM의 무시할만한 움직임에 대하여 우수한 센서티비티를 갖는 PZT와 같은 페로브스카이트 강유전체 세라믹 물질을 사용하여 고효율의 유연한 무기 압전 음향센서를 제작하였다. PZT의 구조 및 재료적인 특성은 전사공정 전/후 비교시 변하지 않았다. 공진피크는 저주파에서 고주파로 증가할 시, SM의 정점부에서 기저부로 이동을 하는 것을 관찰하였으며, LDV 시스템을 사용하여 공진주파수에 따라 최대 진폭을 갖는 스캐닝지점을 분석하고 그에 맞는 위치에 iPANS를 부착하였다. iPANS는 약 10 nm의 움직임을 60 μV 수준의 높은 압전신호로 변환하였으며, 이는 FEA 방법을 사용한 시뮬레이션 값, 51.7 μV과 매우 유사하다. iPANS는 진동변위와 압전신호의 반응분포도 매칭을 통해 높은 센서티비티를 보유하고 있음을 설명하였다. 추가로 iPANS를 삽입이 가능할 정도로 작게 만들어서 실제 기저막의 움직임에 따른 반응을 시뮬레이션한 결과 3.13 V의 압전 전압을 발생하였다. 차후 과제로, 포유류 달팽이관에 직접 삽입하기 위해 iPANS의 사이즈를 줄이는 연구를 진행 중이다.
