Echinoderm stereom gradient structures enable mechanoelectrical perception

Annan Chen

doi:10.1038/s41586-026-10164-9

Echinoderm stereom gradient structures enable mechanoelectrical perception

2026-02-25

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AI

DOI：10.1038/s41586-026-10164-9

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多孔固体在自然系统中普遍存在，对生物体至关重要^{1,2}。其独特的平滑枝状和节点形态通常被视为增强力学性能的适应性特征^{3,4}。探索替代性进化功能可以丰富对多孔固体的理解，但这一方面常被忽视。本研究表明，海胆骨骼中的生物矿化多孔固体（例如海胆棘）具有出人意料的力电感知能力，其响应电位和响应时间均比海胆视觉^{5}高一到三个数量级。这种卓越的感知能力源于沿[001]棘轴的梯度多孔固体（具有变化的孔隙或固相直径），在液体流动期间于骨骼表面产生电荷密度差。受此自然智慧启发，我们利用三维打印技术创建了人工棘状结构，其电压输出比无梯度样品高三倍，振幅差大八倍，并开发了一种受自然启发的超材料力感受器，能够实现水下时间分辨的自监测信息。我们的发现加深了对负载敏感仿生多孔固体（如木材、海绵和骨小梁）的理解，有望开发功能性梯度多孔材料，用于水下时空传感和水资源利用。海胆棘通过梯度结构展现出卓越的力电传感能力，并可通过3D打印仿生结构应用于水下传感。

Keyword:

Plant sciences

Sensors and biosensors

Science

Humanities and Social Sciences

multidisciplinary

Echinoderm stereom gradient structures enable mechanoelectrical perception

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