仿生设计启发新型自供能水下传感器
在仿生科技领域，自然界的生物形态与功能持续为工程师提供灵感。最新研究表明，海胆的棘刺结构不仅具备防御功能，还能感知水流变化，为开发新型自供能水下传感器提供了重要设计思路。
刺的双重角色：防御与感知
海胆体表的棘刺长期以来被认为主要作为防御机制，但近期一项发表于《自然》的研究揭示，这些结构实际上具备感知功能。研究人员通过实验发现，当海水流经刺尖端时，棘刺会发生快速旋转，并伴随电流的生成。
实验中，研究人员使用高速摄像机记录活体和非活体海胆刺的运动，并在刺体不同位置安装传感器。结果表明，水流接触刺尖端时，会产生电流脉冲，且这种电流源自刺的物理结构，而非神经或生物组织。
立体结构驱动的机械电效应
刺内部的立体板结构由骨质材料构成，布满微小孔洞，其尺寸从基部向尖端逐渐变化。这种梯度化多孔结构在水流作用下产生微电压，尤其在刺尖端效应更为显著，推测该特性使海胆能够探测环境水流。
3D打印再现生物结构
为验证该结构的机械电转换机制，研究人员利用3D打印技术制造了陶瓷与聚合物材料的仿生刺。实验表明，这些人工结构在水流作用下同样能产生电能，且输出电压比无梯度结构高三倍，信号振幅差异达八倍。
这种基于立体梯度结构的机械电感知机制，为开发无需外部供电的自供能传感器提供了新路径。潜在应用场景包括水下机器人导航、海洋环境监测以及智能水资源管理系统。
相关成果发表于《自然》杂志，题为“棘皮动物立体梯度结构使机械电感知成为可能”（Annan Chen et al.，2026）。DOI：10.1038/s41586-026-10164-9。
期刊信息：《自然》