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생체 청각기구를 모사한 폴리머 박막의 주파수 분리 특성 평가
Characterization of Frequency Separation in Polymer Membranes Mimicking a Human Auditory System 원문보기

비파괴검사학회지 = Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, v.31 no.5, 2011년, pp.516 - 521  

송원준 (한국기계연구원 나노융합시스템연구본부 자연모사연구실) ,  배성재 (한국기계연구원 나노융합시스템연구본부 자연모사연구실) ,  김완두 (한국기계연구원 나노융합시스템연구본부 자연모사연구실)

초록
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청각기관인 달팽이관에 존재하는 기저막의 중요한 기능은 등자뼈로부터 전달되는 진동에너지를 주파수별로 분리하는 것이다. 본 연구에서는 인간 기저막의 형상을 모사하여 설계한 매크로 스케일의 폴리머 박막을 사용하여 주파수 분리 특성을 연구하였다. 각각의 폴리머 박막상의 위치에 따른 변위 분포는 LDV (laser Doppler vibrometer) 스캐닝 기법을 이용하여 측정하였고, 측정된 결과는 후처리 과정을 거쳐 주파수별로 분리하였다. 인가된 주파수에 따른 최대 변위 발생 위치를 추출하여 각 박막에 대한 주파수-최대 변위 발생 위치 관계를 도식화하였다. 아울러 박막 두께 및 물성치가 주파수-최대 변위 발생 위치 관계에 미치는 영향에 대해서도 논하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The basilar membrane, an important functional part of the cochlea, is responsible for spectral separation of vibration signals transmitted from the stapes. In current study, scaled-up polymer membranes designed by mimicking the human basilar membrane were used for investigation of the frequency-sepa...

주제어

#달팽이관   #기저막   #폴리머 박막   #LDV 스캐닝   #주파수-최대 변위 발생 위치 관계도  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 기저막의 물리적 거동을 모사할 수있는 대체 모델을 통한 간접적인 관찰이 요구된다. 본 연구에서는 기저막의 주파수 분리 특성을 실험적으로 구현하기 위한 방법으로 기저막을 모사한 매크로 스케일의 폴리머 박막을 음향장 내에 위치시키고 LDV 스캐닝 기법을 이용하여 박막의 거동을 관찰하고 그 특성을 분석하였다.

가설 설정

  • Fig. 2에 보이는 바와 같이 매크로 스케일 폴리머 박막의 기하학적 형상은, 인간 기저막과 마찬가지로, 그 폭이 기저부로부터 길이 방향(x-방향)으로 y=aebx의 급수 함수 형태로 증가한다고 가정하였다. 기저부(x=0)에서의 폭은 6.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
달팽이관의 기저막의 중요한 기능은 무엇인가? 청각기관인 달팽이관에 존재하는 기저막의 중요한 기능은 등자뼈로부터 전달되는 진동에너지를 주파수별로 분리하는 것이다. 본 연구에서는 인간 기저막의 형상을 모사하여 설계한 매크로 스케일의 폴리머 박막을 사용하여 주파수 분리 특성을 연구하였다.
기저막은 어떻게 주파수 분리 기능을 수행하는가? 1과 같이 달팽이관 내부에 위치한 기저막(basilar membrane)은 등자뼈(stapes)로부터 전달된 진동 신호를 주파수 대역에 따라 분리하는 기능을 담당하는 해부학적 부분이다. 기저막에 의해 분리된 상하부 도파관 (scala vestibule, scala tympani)의 내부 매질을 통해 전파되는 압축파는 기저막을 따라 전파하는 진행파(traveling wave)의 형태로 변환된다. 단일 주파수의 정현파(pure tone)를 인가할 때 기저막에서 발생하는 진행파는 기저막 각 위치에서 파장이 변화하면서 기저부(base)로부터 첨단부(apex) 방향으로 전파되며 특성주파수(characteristic frequency) 위치에 다다르면 최대 변위를 일으킨 후 급격히 소멸하게 된다. 이러한 기저막 상에서의 진행파의 전파 특성은 달팽이관으로 하여금 특정 주파수 가진에 대해 특정위치에서 최대 변위를 야기함으로써 주파수 분리 기능을 수행하게 한다[1-3].
인간 청각 기관에서 달팽이관의 역할은 무엇인가? 인간 청각기관에서 달팽이관의 역할은 중이를 통해 입사되는 진동신호를 전기화학 신호로 변환 하여 청신경을 자극하고 뇌로 하여금 음향신호를 인지하도록 하는 것이다. Fig.
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참고문헌 (6)

  1. E. d. Boer, "Auditory physics. physical principles in hearing theory. I," Physics Reports, Vol. 62, pp. 87-174 (1980) 

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  2. G. Zweig, R. Lipes and J. R. Pierce, "The cochlear compromise," J. Acoust. Soc. Am., Vol. 59, pp. 975-982 (1976) 

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  3. J. J. Zwislocki, "The Cochlea Simplified by Death," Auditory Sound Transmission: An Autobiographical Perspective, Lawrence Erlbaum Associates, pp. 89-174 (2002) 

  4. G. V. Bekesy, "Experiments in Hearing," McGraw-Hill, New York (1960) 

  5. T. Ren, "Longitudinal pattern of basilar membrane vibration in the sensitive cochlea," PNAS, Vol. 99, pp. 17101-17106 (2002) 

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  6. N. Robles and M. A. Ruggero, "Mechanics of the mammalian cochlea," Physiological Reviews, Vol. 81, pp. 1305-1352 (2001) 

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