华中科技大学讯 多孔结构因具有优异的物质传输、力学性能与能量吸收等特性，广泛存在于木材、骨骼等自然系统，以及催化剂载体、过滤介质等工程应用中。受自然启发的仿生多孔结构往往兼具高强韧性与良好的损伤容限，为航空航天、生物医疗、能源环保等领域的科研探索与工业应用提供了关键灵感。然而，天然多孔材料中潜藏的生物功能与物理机制仍远未得到充分揭示，深入挖掘这些特性，有望为发展下一代结构-功能一体化智能材料提供崭新的设计范式与理论依据。
2月26日，我校材料成形与模具技术全国重点实验室主任闫春泽教授、苏彬教授，香港城市大学吕坚院士、香港理工大学协理副校长王钻开教授作为共同通讯作者，发表仿生增材制造领域《自然》文章“Echinoderm stereom gradient structures enable mechanoelectrical perception”。
本研究首次揭示了海胆棘刺内部天然形成的梯度多孔结构具备意想不到的机电感知功能，其感知电位强度与响应速率较棘皮动物视觉感知提高1-3个数量级（逾千倍）（图1）。
图1.活体海胆机电感知的原位观察
海胆刺这种其他的力电感知能力源于沿[001]棘轴的梯度双连续多孔结构在液体流过时产生的表面电荷密度差（图 2）。
图2. 海胆棘刺内的机电感知机制。
受此启发，通过仿生结构设计与增材制造技术制备的梯度陶瓷多孔结构可以完美复现这一机电感知功能（图3）。该功能展示出较高材料普适性与结构依赖性：在仿生增材制造的多种陶瓷与高分子梯度结构中均验证了机电感知功能；与无梯度结构相比，梯度多孔结构陶瓷样品电压输出提升3倍，振幅增加8倍。本研究打破了无机材料/结构与有机生命感知功能之间的传统界限，不仅深化了对天然负载敏感型多孔结构（如木材、骨骼和海绵等）的跨越式理解，也将为生物医疗、能源储存、航空航天等领域的结构-功能一体化材料研发提供开创性原理与技术途径。
图3.梯度多孔结构赋予机电感知的通用性、实用性和适用性。
本论文第一作者陈安南博士为我校2016级博士，在博士导师史玉升教授与博后导师闫春泽的栽培和指导下深耕结构-功能一体化陶瓷增材制造研究，始终坚持做原创性的前沿研究工作。闫春泽表示：“通过仿生结构设计与增材制造技术，我们成功把这种自然智慧转化为智能增材制造结构材料。未来希望立足于材料成形与模具技术全国重点实验室重点研究方向，服务于国家重大需求，把自然界的结构-功能一体化概念延伸至材料成形领域，为国家重大工程与高端成形制造装备领域研发新一代高性能功能器件与智能系统。”
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10164-9
原创文章，作者：荆楚之窗，如若转载，请注明出处：https://www.jingchucn.com/79460/
