理大研究拆解海胆棘刺「机电感知」能力　赋能新一代仿生传感器

海洋深处，海胆具备能在瞬息之间感知水流变化的本能。理大协理副校长（研究）、研究生院院长、郭氏集团仿生工程教授、机械工程学系讲座教授、智能可穿戴系统研究院及体育科技研究院成员王钻开教授，与香港城市大学、华中科技大学学者合作的一项研究发现，刺冠海胆（Diadema setosum）具有强大机电感知能力，并揭示其科学奥妙。尤其创新的是，研究团队成功研制出模仿海胆棘刺结构及具备机电感知能力的人工机械传感器。这项研究「棘皮生物的骨骼网状梯度结构，实现机电感知能力」（Echinoderm stereom gradient structures enable mechanoelectrical perception）已发表于国际学术期刊《自然》。

研究团队观察到，当海水滴落在棘刺尖端时，棘刺会在一秒内迅速旋转。这种反应源自棘刺内部的双连续梯度多孔立体网状骨架（stereom）：由大小不一的孔洞组成，并沿棘刺的基部到尖端逐渐变化，基部孔洞较大、固体密度较低，尖端孔洞较小、固体密度较高。这种梯度结构会令水流与孔壁的碰撞更剧烈、电压差更强，提升棘刺的感知能力。

受上述发现启发，研究团队利用光固化3D打印技术，以高分子聚合物和陶瓷制作模仿棘刺结构的样本。实验结果显示，机电感知能力的关键在于结构而非材料。他们并构建了一款3 × 3数组仿生3D超材料机械传感器，各组件均采用了梯度多孔结构，无需额外电源，即可在水下实时记录电讯号，并精准定位水流冲击位置。

研究团队指，海胆棘刺的梯度多孔结构强化了讯号的传递，提升传感器的精准度及灵敏度。这种强大机电感知机制可以复制至不同材料，更有望延伸至感测水流以外的各种讯号，包括压力、震动、电波等，启发其他领域的传感技术，例如在脑机接口中用以增强脑电波及神经讯号的传递，应用潜力无可限量。

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