受海胆启发的自供能水下传感器诞生

大自然再次成为技术创新的灵感源泉。海胆，这种看似不起眼的海洋生物，近日被证实其独特的身体结构可为传感器设计提供全新思路。科学家通过研究海胆刺的内部构造，成功开发出一种自供能的水下传感器。

海胆体表覆盖着大量可活动的刺，传统上被认为是其防御机制的一部分。然而，最新发表于《自然》期刊的研究表明，这些刺不仅具备防御功能，还可能承担感知环境的任务。

研究团队围绕海胆刺的双重作用展开探索。他们提出猜想：这些刺是否具备感知水流的潜在能力？为验证这一设想，研究人员在实验室内对活体海胆进行了测试，并利用高速摄像技术记录了刺的运动反应。

实验中，科学家将一滴海水置于刺的尖端，观察到刺在极短时间内发生约10度的旋转。同时，他们还在刺的不同位置安置了传感器，发现当海水接触或流过刺尖时，会引发电流的瞬时爆发。

为进一步确认电流来源，团队测试了活体和死体海胆的刺。结果显示，无论是哪一种状态，刺均能产生电流。由此推测，电流的产生可能源自其物理结构，而非依赖生物组织或神经活动。

关键结构在于刺内部的立体板状材料，其表面分布着大量微孔。这些孔洞从刺根部向尖端逐渐缩小并变密，形成一种梯度结构。当水流通过这些微孔时，与刺表面发生相互作用，从而产生微弱电压。这种梯度结构在刺尖尤为显著，可能正是海胆感知水流变化的机制。

为验证该结构是否具备可复制性，研究人员使用陶瓷和塑料材料3D打印了仿生刺结构。实验结果显示，水流通过这些人工刺时同样可以产生电流。

研究论文中指出：“这种具备梯度细胞结构的机械电感知机制已在3D打印的人造刺结构中成功复现，输出电压较无梯度样品提升了三倍，电压振幅差更是高出八倍。”

这项成果表明，仿生结构不仅能够实现自供能水流监测，还为水下机器人、海洋环境监测及水资源管理等应用提供了新的可能性。

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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