香港城市大学的一个研究团队发现，海胆刺内部天然存在的多孔陶瓷结构在接触水时能产生可测量的电压。

研究人员将这种能力描述为机电感知，这一发现促使该团队通过仿生设计和3D打印来复制并扩展这一现象。

该研究聚焦于长刺海胆，研究人员观察到，当一滴海水落在海胆刺的顶端时，海胆刺会在大约一秒钟内旋转。

活体海胆刺机电感知的原位观察
电压测量显示，水滴接触诱发了约100毫伏的瞬时电势，而流动的水则产生稳定的电信号。整个响应发生在几十毫秒内，响应速度比棘皮动物的视觉感知快一千多倍。

关键是，不含任何活性细胞组织的海胆刺产生了相同的电压响应，证实了这种效应源于材料的物理微观结构，而非神经或生物组织。

从生物结构到工程材料
扫描电子显微镜和显微计算机断层扫描显示，每个海胆刺包含一个双连续多孔骨架，称为骨片，其孔径沿刺轴呈梯度分布。顶端较小的孔径、更高的孔隙率和更大的比表面积，增强了流体通过微通道时固液界面的电荷分离。这产生了流势，进而产生可测量的电压。

为了测试这种行为是否可以被合成复制，该团队使用槽光聚合3D打印技术制造了仿生梯度多孔聚合物和陶瓷样品。与无梯度结构相比，仿生设计的电压输出提高了三倍，信号幅度提高了八倍，证明机电感知主要受拓扑结构而非材料成分控制。

研究人员随后构建了一个包含多个梯度单元的仿生超材料机械感受器，能够在水下实时检测水流方向和强度，无需外部传感器或电源。

应用与研究背景
香港城市大学工程学院院长、机械工程系讲座教授吕坚表示："通过仿生结构设计和3D打印，我们成功地将自然的智慧转化为智能材料。我们制造仿生功能材料的目标是将自然界中这种结构-功能集成的概念扩展到工程系统中，为新一代自感知智能材料铺平道路。"

这项研究是香港城市大学、香港理工大学和华中科技大学合作完成的，研究人员确定了其在海洋环境监测、水下勘探、水资源管理、储能、生物医学设备和航空航天工程等领域的潜在应用。