受海胆启发的自供能水下传感器问世

自然界持续为人类技术创新提供灵感，而海胆的结构如今成为新型水下传感器设计的关键。研究人员发现，海胆的棘刺不仅具有防御功能，其内部构造还可作为敏感的感知元件。

海胆的棘刺长期以来被视为一种防御机制。然而，最新发表于《自然》期刊的研究表明，这些刺同样具备感知环境的能力。研究人员通过实验发现，当水流作用于刺尖时，会引发快速的机械响应，并产生微弱的电信号。

为探究棘刺的功能，研究团队对活体与非活体海胆进行了测试。他们在实验室中使用高速摄像设备记录刺的运动情况，并在刺的不同位置安装传感器。

实验结果表明，无论海胆是否存活，刺在水流刺激下都会产生电流。这表明电流的产生主要依赖于刺的物理结构，而非生物组织或神经系统的作用。研究人员推测，刺内部的立体梯度结构在其中扮演了关键角色。

刺的内部由一种名为立体板的材料构成，其中布满微小孔隙。孔隙在刺基部较宽，向尖端逐渐变小。当水流通过这些孔隙并与材料相互作用时，便会产生微电压脉冲。这种结构在刺尖端的反应更为强烈，表明其可能帮助海胆感知周围水流变化。

为验证这一机制的可复制性，研究人员利用3D打印技术制作了由塑料和陶瓷材料构成的人工棘刺样品。

测试显示，这些仿生刺在水流刺激下同样能产生电流。研究指出：“这种基于立体梯度结构的机械电感知机制已在3D打印的人工棘刺样品中成功复现。与无梯度结构相比，其输出电压提升了三倍，振幅差异增加八倍。”

这一研究成果不仅证实了自然结构的感知潜力，也为开发无需外部电源的自供能水下传感器提供了可行路径。该技术有望应用于水下机器人、海洋环境监测以及水资源管理等领域，为工业和科研带来新的可能性。

Annan Chen 等. 棘皮动物立体梯度结构使机械电感知成为可能. 《自然》 (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10164-9

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