海胆启发新型自供能水下传感器
传感器观察
海胆启发新型自供能水下传感器
自然界再次启发了科技的发展。在生物启发式工程领域，海胆的结构特性正成为研发自供能水下传感器的重要灵感来源。科学家们受其棘刺内部结构启发，成功设计出一种具备环境感知能力的智能材料。
防御机制与感知功能
海胆的棘刺长期以来被视为防御性结构，用于抵御捕食者。然而，一项发表于《自然》杂志的研究揭示，这些棘刺不仅是物理屏障，更可能具备传感功能。
研究团队对活体海胆的棘刺进行了实验，利用高速摄像记录棘刺在海水刺激下的反应。结果显示，棘刺在接触海水后迅速旋转，并在尖端区域产生微弱的电流信号。
为确定这一现象是否源于生命活动，研究人员还测试了死海胆的棘刺。结果表明，无论海胆是否存活，电流的产生均与棘刺的物理结构有关。这提示电流源自材料内部的物理机制，而非生物神经活动。
研究指出，棘刺内部的立体板结构是关键因素。该结构由多孔材料构成，孔隙尺寸沿棘刺从基部向尖端逐渐减小。当水流流经这些微孔时，与材料表面的相互作用激发了电压脉冲。尖端区域的结构响应更为显著，表明海胆可能通过此机制感知周围水流。
仿生设计与材料实现
为了验证这一现象是否可被复制，研究团队利用3D打印技术制造了人工棘刺模型。这些模型由陶瓷和聚合物材料制成，并在水流刺激下表现出与天然棘刺相似的电响应。
论文指出：“具备梯度结构的人造棘刺已成功复现机械电感知功能。与无梯度结构相比，其输出电压提升了三倍，振幅差扩大了八倍。” 这一突破为开发自供能水下传感器提供了新的技术路径。
该技术无需外部供电，即可实时监测水流变化，适用于水下机器人、海洋环境监测系统及水资源管理系统等多个领域。
相关研究成果由 Annan Chen 等人发表于《自然》2026年第10164期，DOI：10.1038/s41586-026-10164-9。
期刊信息：《自然》
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