从16岁开始把时间交给物理学，再到从物理系跨界搞机械工程学，香港理工大学的王钻开教授一直没停下探索的脚步。2026年3月5日，这位已经是郭氏集团仿生工程讲座教授的科学家，通过Media OutReach Newswire发出了一个让人眼前一亮的声音：海胆的刺除了保护身体外，其实还是一种天然的传感器。为了弄清楚其中的秘密，他联合了香港城市大学的吕坚教授、华中科技大学的闫春泽教授和苏彬教授，开始了这项跨校合作的研究。他们发现海胆身上的Diadema setosum这种刺冠海胆身上有着一种特殊的多孔结构，这种结构从基部到尖端孔洞大小逐渐变化。当水滴滴在刺尖上或者水流经过时，这种结构就会迅速产生电压信号。团队通过电学测量发现，在水滴刺激下棘刺能产生百毫伏的电压，而在水中流动时也能产生数十毫伏的信号。更让人惊奇的是，这种反应在已死的棘刺中也能观察到。 这说明产生信号的机制并不需要活细胞参与。研究人员进一步分析认为，这种现象源自棘刺内部的双连续梯度多孔立体网状骨架。这种骨架由大小不一的孔洞组成，水流在流经时与孔壁碰撞会引发固液界面的剪切作用，导致电荷分离并产生电压差。为了验证这一发现的实用性，团队利用光固化3D打印技术制作了仿生超材料传感器。他们将高分子聚合物和陶瓷混合后打印出具有相同梯度结构的样本。实验结果显示，这种仿生设计的电压输出比普通非梯度设计高出了三倍，信号振幅更是增长了八倍。 这个项目最重要的突破在于证明了梯度多孔结构对提升传感器性能起到了关键作用。基于这一原理，他们成功搭建了一个3×3阵列的仿生3D超材料机械传感器。这个传感器不需要额外电源就能在水下实时记录电信号，还能精准定位水流冲击的位置。王钻开教授在提到这项研究时表示：“相比传统机械传感器，我们设计的仿生超材料在可生产性、结构设计可能性、材料通用性、几何与性能控制能力以及水下自我感测时间差能力等方面都有显著优势。” 他还提到自己的团队过去曾受荷叶自清洁效应和南洋杉表面液体自发驱动现象的启发，开发出了具备快速排水功能的新型功能材料。现在他们正期望把这种从自然中获取的灵感应用到更广泛的领域中去。他强调说：“对于天然多孔材料来说，强度等力学性能可能并不是其核心功能，而只是复杂生物矿化过程中的次要效应。深入探索这些鲜为人知的生物机制对推动仿生研究具有至关重要的意义。” 这项联合研究的论文已经刊登在了国际顶级学术期刊《自然》上。王钻开教授预计，这种强大的机电感知机制可以被复制到不同材料中去，甚至有望应用到脑机接口、航空航天等新兴领域中去。正如他所说的那样：“结合多孔结构的梯度与3D打印技术，用不同材料、孔径及表面特征来制造更多仿生超材料传感器，在更多领域发挥应用潜力。” 这不仅是一次对大自然奥秘的揭示，更是一次对未来科技发展的展望。