声探测与声定位技术广泛应用于低慢小飞行器的探测与追踪、交通噪声监测、油气管道泄漏检测、智能机器人听觉等领域，在工业、交通、军事等领域发挥着重要作用。

声定位设备通常基于多个性能高度一致的全向麦克风组成的麦克风阵列，常规麦克风阵列的整体尺寸较大，不便于携带和布设，隐蔽性差，应用范围受限。为了满足室内机器人听觉导航、可穿戴声定位传感器、迷你飞行器探测等新型应用场景对小型化便携式声定位设备的需求，开展微型化声定位技术与器件的研究具有重要应用价值。

中国科学院空天信息创新研究院、中国科学院大学的研究人员基于奥米亚棕蝇听觉系统的机械耦合结构与机理，设计制备了一种基于硅基MEMS仿生振膜的光纤麦克风，该麦克风具有较高灵敏度以及强抗电磁干扰能力，工作频率较低，适用于复杂环境的低频声源检测，同时还具有宽频工作的潜能。相关研究成果已发表于《物理学报》期刊。

奥米亚棕蝇是自然界中的一种寄生蝇，具有非凡的听觉机制，其双耳间仅450~520 μm，却能对宿主发出的波长约7 cm的声信号进行精准定位。这是由于奥米亚棕蝇的双耳鼓膜通过角质层连接形成一种耦合结构，这种机械耦合结构可以放大声源到达两耳的时延差和幅值差，从而使其获得卓越的定位能力。这种耦合机制为微型化定位麦克风和定位麦克风阵列提供了新思路。

奥米亚棕蝇听觉系统的（a）解剖图和（b）力学模型

该项研究中，研究人员基于奥米亚棕蝇听觉器官的等效力学模型，设计制备了一种桥连耦合双翼形硅基MEMS仿蝇耳振膜。通过将该振膜与金属支座集成，结合光纤Fabry-Pérot干涉（FPI）传感技术，进一步制备了基于硅基MEMS仿生振膜的FPI光纤麦克风。

硅基MEMS仿生振膜的制作工艺流程

（a）仿生光纤麦克风结构示意图（I，光束的光强）；（b）仿生光纤麦克风实物照片；

（c）用于在麦克风组装过程中精确调控光纤FPI腔长的平台

结合设计参数与实际制备过程，研究人员对该仿生光纤麦克风进行了仿真分析。结果表明，仿生振膜具有摇摆和弯曲两种振动模态，在摇摆模态本征频率下，仿生光纤麦克风的响应在全空间下随声源入射角呈现纺锤形分布，且仿生振膜的方向灵敏度极高。

在仿真的基础上，研究人员进一步开展了性能表征与测试。由于仿生振膜的双翼结构，使得单个麦克风探头具有两个光纤FPI检测通道。通过近场声学测试系统获取了麦克风振膜双翼分别对应的双通道的频响特性曲线，结果显示，双通道的频率响应特性基本相同，摇摆模态和弯曲模态的本征频率分别在700 Hz和1700 Hz附近，与仿真数据结果接近。在声源频率为已测得的双通道对应的摇摆模态的本征频率下，对麦克风进行了最小可探测声压的探测，证明了该麦克风在摇摆模态下依然具有良好的传感性能。在声源频率接近麦克风摇摆模态对应的本征频率时，麦克风输出信号强度随声源方位角变化呈现“8”字形，在方位角0°~±60°的范围内二者呈线性关系，证明该麦克风在摇摆模态附近具有良好的声定位能力。

用于表征仿生光纤麦克风的声学测试系统示意图

综合而言，得益于独特的光学传感性能，该项研究提出的仿生光纤麦克风在灵敏度以及抗电磁干扰方面具备一定的优势，能够在恶劣的电磁环境下工作，在复杂低频声源定位领域拥有广阔的应用前景。