生物結構的功能是綜合性的,而不是像計算機部件那樣需分別開發。仿生學工程所面臨的一個挑戰是研制綜合系統,它類似于微電機系統(MEMS),兩者都集成了電子和機械裝置。但是,MEMS是通過功能組合構成的,而仿生分層系統的電子裝置是整體中不可分割的一部分。仿生結構需要用較厚的層來制造,而電子裝置必須具有很精細的尺寸,因此需要結合使用這兩種不同的工藝過程。

制造綜合系統就需要嵌入傳感器,包括壓電和光學傳感器。仿生綜合系統的表面將裝備大量的傳感器,用以感知周圍的環境。

科學家們正在研究為什么一種名為Melanophila的甲蟲能遙感50千米以外森林火災引起的紅外輻射。這種甲蟲會群聚在森林火災附近,在樹皮的內側產卵。研究人員發現,這種甲蟲具有一種獨特的結構,幫助它們探測紅外輻射。甲蟲翅膀下的碟式結構包含70個很小的洋蔥狀結構,能起到紅外傳感器的作用。當適當的波長撞擊到洋蔥狀結構時,它的體積增加,對壹皮構成壓力,近而觸發神經元,促使甲蟲開始搜尋熱源。科學家們正在復制和改進這種天然的壓電晶體傳感器結構,以便制造出一種無需專門冷卻.可在室溫下工作的紅外探測器。勞倫斯，伯克利國家實驗室的研究人員正在研制變色傳感器,當存在目標物質時傳感器由藍色變成紅色。參照細胞膜的模型,可針對一種特定的生物目標設計傳感器。分子通過自組裝排列形成膜,然后用光使分子聚合物化,在藍色的模子中連接成一體。科學家們可在膜中加入蛋白質、碳水化合物或其他分子,以便捆綁特定的目標物質。分子一旦識別出目標物質,膜將由藍色變成紅色,提示有目標物質存在。

化學和生物戰可能是這種傳感器的主要應用領域,它在出現生物攻擊時可瞬時識別可疑的病原體,食品工業也可利用它監視變質和被污染的食品。例如,檢驗員只要將傳感器在肉上擦一下,就可探測出是否存在大腸桿菌等危險的病原體。此外,還可在食品包裝袋上附上這樣的傳感器條,顧客可以根據顏色的變化判斷食品是否變質。

在未來的小型、微型甚至納米機器人中,如模擬蜜蜂蝴蝶甚至蜂螂的小型機器昆蟲將配備眾多的仿生傳感器。