理大研究拆解海膽棘刺「機電感知」能力　賦能新一代仿生傳感器

海洋深處，海膽具備能在瞬息之間感知水流變化的本能。理大協理副校長（研究）、研究生院院長、郭氏集團仿生工程教授、機械工程學系講座教授、智能可穿戴系統研究院及體育科技研究院成員王鑽開教授，與香港城市大學、華中科技大學學者合作的一項研究發現，刺冠海膽（Diadema setosum）具有強大機電感知能力，並揭示其科學奧妙。尤其創新的是，研究團隊成功研製出模仿海膽棘刺結構及具備機電感知能力的人工機械傳感器。這項研究「棘皮生物的骨骼網狀梯度結構，實現機電感知能力」（Echinoderm stereom gradient structures enable mechanoelectrical perception）已發表於國際學術期刊《自然》。

研究團隊觀察到，當海水滴落在棘刺尖端時，棘刺會在一秒內迅速旋轉。這種反應源自棘刺內部的雙連續梯度多孔立體網狀骨架（stereom）：由大小不一的孔洞組成，並沿棘刺的基部到尖端逐漸變化，基部孔洞較大、固體密度較低，尖端孔洞較小、固體密度較高。這種梯度結構會令水流與孔壁的碰撞更劇烈、電壓差更強，提升棘刺的感知能力。

受上述發現啟發，研究團隊利用光固化3D打印技術，以高分子聚合物和陶瓷製作模仿棘刺結構的樣本。實驗結果顯示，機電感知能力的關鍵在於結構而非材料。他們並構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器，各組件均採用了梯度多孔結構，無需額外電源，即可在水下即時記錄電訊號，並精準定位水流衝擊位置。

研究團隊指，海膽棘刺的梯度多孔結構強化了訊號的傳遞，提升傳感器的精準度及靈敏度。這種強大機電感知機制可以複製至不同材料，更有望延伸至感測水流以外的各種訊號，包括壓力、震動、電波等，啟發其他領域的傳感技術，例如在腦機接口中用以增強腦電波及神經訊號的傳遞，應用潛力無可限量。

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