仿生设计催生自供能水下传感器
自然界始终是技术创新的重要灵感来源，而这次的主角，是一种不起眼的海洋生物——海胆。科学家受其棘刺结构启发，成功开发出一种新型的自供能水下传感器。
海胆体表布满可活动的棘刺，传统上被视为防御机制的一部分。但一项最新研究成果表明，这些棘刺不仅是物理屏障，还可能具备感知功能。研究团队在《自然》杂志上发表的论文揭示了这一突破性发现。
棘刺：既是防护盾，也是感知器
研究人员对海胆的棘刺结构展开深入探索，试图了解其是否具有更复杂的物理感应能力。实验过程中，研究者在实验室中对活体海胆施加水流刺激，并利用高速摄像记录棘刺的动态反应。
结果显示，棘刺在短时间内迅速旋转，甚至能产生电脉冲。更令人惊讶的是，无论是活体还是死亡海胆的棘刺，都能在水流刺激下产生类似的电活动。这表明，电流的产生并非依赖生物活性，而是来自棘刺内部的结构特性。
进一步分析表明，棘刺内部由一种名为立体板的多孔骨质材料构成，其孔径从基部到尖端逐渐缩小。当水流通过时，材料与水的相互作用触发了微小的电压波动。这种结构在尖端区域尤为密集，增强了其感知水流的能力。
3D打印人造棘刺
为验证这一机制的可行性，研究团队利用3D打印技术制造了由塑料和陶瓷构成的仿生棘刺。实验表明，这些人工棘刺在水流冲击下同样能产生电能。
论文指出，这种基于梯度细胞结构的机械电感应现象已成功在人造样品中复现。测试显示，具备梯度结构的样品输出电压是无梯度结构样品的三倍，电压振幅差更是提高了八倍。
这一成果为开发无需外部供电的环境监测设备提供了新思路。该类传感器有望应用于水下机器人、海洋环境监测系统以及水资源管理系统等多个领域。
相关研究由 Annan Chen 等人完成，题为“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》期刊（2026）。DOI：10.1038/s41586-026-10164-9
期刊信息：《自然》