خط جانبي اصطناعي

في الخط الجانبي الاصطناعي، تُؤدّى وظيفة الخلايا الحسية العصبية بواسطة محولات طاقة. تستخدم هذه التراكيب الدقيقة أنظمة متنوعة، مثل مقياس سرعة التيار بالأسلاك الساخنة ^{[ 6 ]} ، والإلكترونيات الضوئية ^{[ 7 ]،} أو النوابض الكهروإجهادية ^{[ 7 ]،} للكشف عن التغيرات الميكانيكية في الماء. تُصنّف الخلايا الحسية العصبية أساسًا إلى نوعين بناءً على موقعها. تُستخدم الخلايا الحسية العصبية السطحية، الموجودة على الجلد، لاستشعار السرعة لتحديد مواقع أهداف متحركة معينة، بينما تستخدم الخلايا الحسية العصبية القنوية، الموجودة أسفل البشرة والمحاطة بالقناة، تدرج الضغط بين المدخل والمخرج للكشف عن الأجسام وتجنبها. كما تستخدم الأسماك الخلايا الحسية العصبية السطحية للانجذاب إلى التيارات المائية والحفاظ على موقعها ^{[ 8 ] .}

من بين جميع تقنيات الاستشعار المستخدمة، تُعدّ تقنية قياس سرعة الرياح باستخدام السلك الساخن الوحيدة غير الموجهة. تستطيع هذه التقنية قياس حركة الجسيمات في الوسط بدقة، ولكنها لا تحدد اتجاه التدفق. مع ذلك، فإنّ مقياس سرعة الرياح باستخدام السلك الساخن والبيانات المُجمّعة منه كافية لتحديد حركة الجسيمات حتى مئات النانومترات، وبالتالي فهي تُضاهي دقة مستشعر العصب الحسي في تدفق مماثل. ^{[ 9 ]} يوضح الشكل رسمًا تخطيطيًا لمستشعر السلك الساخن المُبسّط. تتعرض الموصلات التي تحمل التيار لارتفاع في درجة الحرارة نتيجة التسخين الجولي . يؤدي التدفق حول السلك الحامل للتيار إلى تبريده، ويُمثّل التغير في التيار اللازم لاستعادة درجة الحرارة الأصلية الناتج. في شكل آخر، يُستخدم التغير في مقاومة المادة بالنسبة للتغير في درجة حرارة السلك الساخن كناتج.

تعتمد هذه الأنظمة على تقنية تقسيم العمل، حيث تستشعر الخلايا العصبية الحسية السطحية الموجودة على البشرة الترددات المنخفضة والتيار المستمر، بينما تستشعر الخلايا العصبية الحسية الموجودة أسفل البشرة والمحاطة بقنوات التيار المتردد ^{باستخدام تدرجات} الضغط ^{. [ 10 ]}

القبة عبارة عن كيس هلامي يغطي الخلايا العصبية الحسية الشبيهة بالشعر والبارزة من الجلد. تُعد القبة المتكونة فوق الخلايا العصبية الحسية سمة أخرى تطورت بمرور الوقت، مما يوفر استجابة أفضل لمجال التدفق. ^{[ 4 ]} تمتد ألياف القبة من الخلايا العصبية الحسية الشبيهة بالشعر. تساعد القبة على تخفيف الإشارات منخفضة التردد بفضل قصورها الذاتي، وتضخيم الإشارات عالية التردد بفضل الرافعة. ^{[ 10 ]} بالإضافة إلى ذلك، توفر هذه البنى الممتدة حساسية أفضل عندما تكون الخلايا العصبية الحسية مغمورة في الطبقة الحدية. ^{[ 10 ]} تستخدم الدراسات الحديثة تقنية التقطير، حيث يتم تقطير محلول HA-MA فوق السقالة المغزولة كهربائيًا لإنشاء قبة كروية الشكل ممدودة بفعل الجاذبية. تكشف المقارنة التجريبية بين المستشعر غير المُغلف والمستشعر المُطور حديثًا عن نتائج إيجابية. ^{[ 10 ]}

تُحاط الخلايا الحسية القنوية بقنوات تمتد عبر الجسم. تعمل هذه القنوات على تصفية التدفقات منخفضة التردد التي قد تُشبع النظام. ^{[ 9 ]} يُلاحظ نمطٌ مُحدد في تركيز الخلايا الحسية على طول الجسم لدى الأنواع المائية. يمتد نظام القنوات على طول الجسم في خطٍ واحد يميل إلى التفرع بالقرب من الرأس. في الأسماك، يُشير موقع القنوات إلى المعلومات الهيدروديناميكية المُتاحة أثناء السباحة. يختلف الموقع الدقيق للقنوات بين الأنواع، مما يُشير إلى دورٍ وظيفي وليس قيدًا نمائيًا. ^{[ 1 ]}

عادةً، يبلغ تركيز القنوات ذروته قرب الأنف، ثم ينخفض ​​بشكل ملحوظ في باقي أنحاء الجسم. ويُلاحظ هذا النمط في الأسماك ذات الأحجام المختلفة التي تعيش في بيئات متنوعة، وعبر أنواع عديدة. تفترض بعض الدراسات وجود علاقة وثيقة بين موقع القنوات ونمو العظام، وكيف أنها تخضع لقيود مورفولوجية . يختلف الموقع الدقيق للقنوات بين الأنواع، وقد يكون مؤشراً على دور وظيفي بدلاً من كونه قيداً نمائياً. ^{[ 1 ]}

تؤثر مرونة نظام القناة بشكل كبير على توهين الإشارة منخفضة التردد. وقد تُسهم مرونة عنصر الاستشعار المُثبّت في نظام القناة في زيادة حساسية نظام الخط الاصطناعي للقناة (CALL). وتُثبت البيانات التجريبية أن هذا العامل يُحدث قفزة نوعية في حساسية النظام. لذا، يُنصح بإجراء تحسينات هندسية في نظام القناة وتحسين معدات الاستشعار لتحقيق نتائج أفضل. ^{[ 7 ]}

عند تدرجات الضغط العالية، كان خرج الجهد للأجهزة ذات التضيقات الجدارية القريبة من المجسات في الخط الجانبي للقناة (CALL) أكثر حساسية بكثير، ووفقًا لـ Y Jiang وZ Ma وJ Fu وآخرين ، فإن نظامهم قادر على استشعار تدرج ضغط منخفض يصل إلى 3.2 × 10⁻³ باسكال/5  مم، وهو ما يُقارن بتدرج الضغط الموجود في سمكة Cottus bairdii في الطبيعة. بالإضافة إلى ذلك، تعمل هذه الخاصية على إضعاف الإشارات الهيدروديناميكية منخفضة التردد. ^{[ 8 ]}