看到一片荷葉，你能聯想到什麼？再看到一隻鱷魚，你又能聯想到什麼？而在從事仿生研究的人員眼中，這些動植物可能正是傳感技術發展的靈感來源。

“仿生傳感的發展正在從‘像生物’向‘像生物一樣感知’轉變。”中國科學院成都生物研究所青年研究員汪婧婷介紹，傳統仿生研究往往是從生物的典型結構出發，但真正值得借鑒的，是生物如何將結構、材料與動態信號響應結合起來，實現持續、可靠的環境感知。

近日，中國科學院成都生物研究所與四川大學、中南大學、北京理工大學等聯合科研團隊在仿生傳感研究領域取得多項重要進展，從荷葉露珠、鱷魚皮膚等對象中獲得靈感，研發出新型結構，為傳感技術賦能。

在荷葉露珠上找答案

造“液體放大鏡”，實現信號自我增強

在光學檢測中，微弱信號能否被有效捕獲，直接影響檢測的靈敏度。傳統的信號增強方式，要麼需要依靠更復雜、更昂貴的儀器系統，要麼需要增加檢測流程和操作成本。

如何破解難題？近日，由四川大學段憶翔教授課題組、李永新教授課題組和中國科學院成都生物研究所閆志英團隊汪婧婷課題組等單位組成的研究團隊，從荷葉表面凹陷處自然形成的露珠中獲得啟發，開發出一種仿生自發形成氣包液腔的結構。

“核心就是通過仿生研究，讓信號增強不再依賴外部器件。”汪婧婷介紹，荷葉自帶的超疏水界面具有調控液滴形態的能力，正是基於這種能力，水才可以在荷葉上保留完整的水滴形態。於是，研發團隊將這種超疏水界面與V形容器結構相結合，幫助容器內自發形成帶空氣包覆界面的穩定液滴。“相當於內置了一枚‘液體放大鏡’。因為在這種方式下，液滴不再只是檢測對象，它還能通過自身完整的水滴形狀，以及液體與空氣間的折射率差來增強信號。”

然而，從構思設計到造出實物並非易事。經過近萬次測試后，科研團隊才構建出包含1284組容器與測量條件搭配的實驗矩陣，從而為不同檢測需求下的參數選擇提供了適配依據。目前，這項研究成果已完成實驗室可行性驗証，未來有望與便攜式檢測設備、凍干試劑和手機讀出等設備技術融合，推動仿生傳感從實驗室光學檢測向簡化、便攜和現場化檢測方向發展。未來，研究人員可能無需攜帶大量檢測器件，隻需一部智能手機、一個帶有特殊界面的V形容器，就能在戶外實現高精度光學檢測。

復刻鱷魚皮膚“疙瘩”

讓柔性壓力傳感測得准測得寬

在電影《蜘蛛俠》中，主角的超能力之一是“蜘蛛感應”——可以通過感知環境中空氣、塵埃、溫度、濕度等的細微變化，提前預判危險。然而現實中，柔性壓力傳感器通常面臨“高靈敏度”與“寬測量范圍”難以兼顧的問題，如何讓其同時做到測得准、測得寬？

近日，由中南大學、中國科學院成都生物研究所、北京理工大學等單位組成的研究團隊，就從鱷魚皮膚表面不同尺寸的穹頂狀壓力感受器中獲得啟發，構建出兼具高靈敏度與超寬量程的柔性壓阻式壓力傳感器。“我們熟知的鱷魚皮膚表面大小不一的‘疙瘩’就是穹頂狀壓力感受器，鱷魚皮下有感受細胞，可以感知‘疙瘩’傳遞下來的壓力變化。”汪婧婷解釋，因此，鱷魚能夠在水下感知周圍環境。

更為關鍵的是，這些感受結構具有不同的尺寸和空間分布特征，它們協同工作，可對不同程度的機械刺激進行響應。“我們正是仿照這一模式，在柔性薄膜兩側分別構建了大小不同的微穹頂陣列。”汪婧婷介紹，其中，小微穹頂負責低壓力區的靈敏響應，大微穹頂則在壓力升高后進一步變形，使傳感信號得以持續輸出。大小微結構在不同壓力階段“接力工作”，可有效緩解傳統單一微結構中靈敏度與量程難以兼顧的問題。

目前，研究團隊已將該傳感器應用於移動機器人和智能機械爪，實驗效果良好。未來，相關研究成果或將為高性能柔性壓力傳感器的結構設計提供新思路，也將為探測機器人、工程機器人和智能機械爪在復雜環境中的自主感知與精細操作提供器件基礎。

小科普

仿生傳感

是一門通過借鑒生物體的感知結構、功能和作用機制，結合生物學、材料學、電子工程等多學科，研制新型傳感器的交叉學科技術。

目前該項技術廣泛應用於醫療健康、智能機器人、環境監測、工業檢測及消費電子等領域。

□四川日報全媒體記者 曹凘源