海胆启发设计新型自供能水下传感器

大自然再次展现了它的智慧。在自然界中，许多生物结构都为现代科技提供了灵感，而海胆最近成为研究者关注的焦点。科研人员通过模仿海胆刺的内部结构，成功开发出一种具备自供能能力的水下传感器。

海胆体表覆盖着大量可活动的刺，长期以来被认为主要用于防御捕食者。然而，最新发表于《自然》杂志的研究表明，这些刺不仅是防御工具，还可能具备感知功能。研究人员由此推测，这些刺或许能够作为环境传感器使用。

从防护到感知：海胆刺的双重功能

为验证这一假设，研究团队在实验室中对活体海胆进行了测试。他们使用高速摄像机记录了当海水滴落在刺尖端时的反应。结果显示，刺在不到一秒的时间内发生了大约十度的旋转。

此外，研究者还在刺的两个不同位置安装了传感器。实验发现，当水流过刺尖端时，刺能够产生电流脉冲。这一现象在活体与非活体海胆中均被观察到，表明电流的产生与刺的结构有关，而非依赖神经或活体组织。

进一步的观察发现，刺的内部结构由一种称为立体板的骨质材料构成，内部布满微小孔隙。这些孔隙从基部向尖端逐渐缩小并密集排列，当水流通过时，与材料表面发生作用，从而引发微弱的电压波动。这种结构在刺尖端尤为明显，暗示其可能帮助海胆感知周围水流变化。

为了验证该结构是否可被人工再现，研究团队使用3D打印技术制作了由塑料和陶瓷材料构成的“人工刺”。测试表明，当水流经这些仿生结构时，同样能够产生电流。

研究论文中指出：“具备梯度细胞结构的机械电感知已被3D打印的人造刺模型成功复现。实验数据显示，此类结构的输出电压比无梯度结构高出三倍，振幅差异则达到八倍。”

这一发现为开发无需外部供电的自供能传感器提供了新思路。该技术有望在水下机器人、海洋环境监测系统以及水资源管理系统中得到应用，为智能水下监测设备的演进提供重要支持。

该研究由 Annan Chen 等人完成，论文题目为《棘皮动物立体梯度结构使机械电感知成为可能》，发表于《自然》（2026）。DOI：10.1038/s41586-026-10164-9

期刊信息：《自然》

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