仿海胆结构启发自供能水下传感技术
自然界再次展现出其无与伦比的创造力。从微小生物到大型生态系统，自然界一直是技术创新的重要灵感来源。这一次，科学家们从不起眼的海胆身上获得了启发，研发出一种新型自供能水下传感器。
海胆体表布满可活动的棘刺，长期以来被认为是其用于防御天敌的结构。然而，一项发表于《自然》（Nature）杂志的研究揭示，这些棘刺实际上具备感知功能，可能充当着天然的水流传感器。
从护盾到感知装置
研究团队对海胆的棘刺产生了浓厚兴趣，试图了解这些结构是否仅限于防御用途。在实验中，研究人员将海水滴在棘刺末端，并使用高速摄像机记录其运动反应。结果发现，棘刺在不到一秒的时间内旋转了约十度。
进一步测试中，研究人员在棘刺的不同位置安装了传感器。当海水接触或流过棘刺末端时，材料内部产生了电脉冲。令人惊讶的是，无论海胆是否存活，棘刺均能产生电流，这表明电流源自其结构特性，而非生物组织的活动。
研究指出，棘刺内部由一种称为“立体板”的生物矿化材料构成，该材料内部布满了微小孔隙。这些孔隙在棘刺基部较大，向尖端逐渐变小，形成了类似“梯度”的结构。当水流穿过这些通道时，与棘刺表面材料相互作用，产生微小的电位变化。这种结构在尖端尤为显著，可能帮助海胆感知周围水流的变化。
人工棘刺的构建与应用前景
为了验证这一结构是否可被复制，研究人员利用3D打印技术，使用陶瓷和聚合物材料制造出人工棘刺。实验表明，当水流经这些人工结构时，同样能够产生电输出。
研究团队在论文中提到：“梯度多孔结构赋予了机械-电传感能力，这种特性已在人工棘刺的陶瓷和聚合物模型中成功再现。与无梯度结构相比，其输出电压提升三倍，振幅差异扩大八倍。”
这项成果不仅为仿生传感器设计提供了新思路，也展示了自供能水下传感系统的应用潜力。该技术有望用于水下机器人、海洋监测设备以及水资源管理系统，实现对水下环境的实时、无源感知。
Chen, A. et al., “Gradient cellular architecture in echinoderm spines enables mechanoelectrical sensing,” Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10164-9
期刊信息：《自然》