理大仿生傳感新突破 拆解海膽「機電感知」能力研製高效能水流傳感器

由香港理工大學、香港城市大學及華中科技大學學者組成的聯合研究團隊，首次發現海膽棘刺內部的梯度多孔立體網狀骨架具有強大的機電感知能力，能迅速感應水流。團隊更利用3D打印技術，成功製造出仿生新材料傳感器，為傳感技術帶來重大突破。

由理大協理副校長（研究）、研究生院院長、郭氏集團仿生工程教授兼機械工程學系講座教授王鑽開教授帶領的研究團隊，首次發現海膽棘刺內部的梯度多孔結構具有強大機電感知能力，能在水流經過時產生電訊號，並利用3D打印技術製造仿生超材料傳感器。

研究團隊在刺冠海膽身上觀察到，當海水滴落在棘刺尖端時，棘刺會在一秒內迅速旋轉。電學測量發現，棘刺受水滴刺激後，內部會產生約百毫伏電壓；水流刺激也能產生約數十毫伏的電壓。這種機電感知能力在已死亡的棘刺中依然存在，證明相關機制與生物細胞無關。

研究團隊構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器，各組件均採用了仿海膽棘刺的梯度多孔結構，無需額外電源，即可在水下即時記錄電訊號，並精準定位水流衝擊位置。

這種反應源自棘刺內部的雙連續梯度多孔立體網狀骨架。該骨架由大小不一的孔洞組成，並沿棘刺的基部到尖端逐漸變化：基部孔洞較大、固體密度較低，尖端孔洞較小、固體密度較高。當水流經此多孔結構時，流液界面發生相互作用，流動液體對雙電層產生剪切作用，誘導界面電荷的分離和重新排佈，從而產生電壓差。梯度結構會令水流與孔壁的碰撞更劇烈，使電壓差更強，從而提升感知能力。

團隊觀察到，當海水滴落在海膽棘刺尖端時，棘刺會迅速旋轉。他們利用電學測量，發現棘刺受水滴刺激後，內部會產生約百毫伏電壓。

受此發現啟發，研究團隊利用光固化3D打印技術，以高分子聚合物和陶瓷製作出模仿棘刺結構的樣本。實驗證實，在水流刺激下，仿生梯度設計相較一般非梯度設計，電壓輸出高約三倍，訊號振幅更增約八倍，顯示機電感知能力的關鍵在於結構而非材料。

團隊更構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器，各組件均採用梯度多孔結構。該傳感器無需額外電源，即可在水下即時記錄電訊號，並精準定位水流衝擊位置。研究指出，海膽棘刺的梯度多孔結構強化了訊號傳遞，提升了傳感器的精準度及靈敏度。

這種強大的機電感知機制可以複製至不同材料，並有望延伸至感測水流以外的各種訊號，包括壓力、震動、電波等，啟發其他領域的傳感技術。例如在腦機接口中，可用以增強腦電波及神經訊號的傳遞。

海膽棘刺的機電感知能力源自其內部獨特的雙連續梯度多孔立體網狀骨架：由大小不一的孔洞組成，並沿棘刺的基部到尖端逐漸變化，基部孔洞較大、固體密度較低，尖端孔洞較小、固體密度較高。

領導研究的理大協理副校長（研究）、研究生院長王鑽開表示，相比傳統機械傳感器，團隊設計的仿生超材料傳感器在可生產性、結構設計可能性、材料通用性、幾何與性能控制能力及水下自我感測時間差能力等方面均更勝一籌。

研究團隊構建了一款3 × 3陣列仿生3D超材料機械傳感器，各組件均採用了仿海膽棘刺的梯度多孔結構，無需額外電源，即可在水下即時記錄電訊號，並精準定位水流衝擊位置。

王鑽開期望結合多孔結構的梯度與3D打印技術，以不同材料、孔徑及表面特徵來製造更多仿生超材料傳感器，在更多領域發揮應用潛力。他亦指出，對於天然多孔材料而言，強度等力學性能或許並非其核心功能，深入探索這些鮮為人知的生物機制，對推動仿生研究發展具有至關重要的意義。
 
此項聯合研究已刊登於國際頂尖學術期刊《自然》上。

香港理工大學歡迎行政長官發布《香港特別行政區經濟和社會發展第一個五年規劃（2026-2030）》及《施政報告》各項政策舉措。理大表示，樂見政府加快北都大學城建設，打造具國際競爭力的大學城區，並就新田、洪水橋及打鼓嶺三個大學城提出全面而具體的發展藍圖，明確功能定位和發展方向，致力建設「宜教、宜研、宜創、宜居」的高質素大學城。

理大亦歡迎政府增撥資源推動專上教育擴容提質及產學研深度融合，以「人才培養、科學研究、成果轉化、產業發展」四位一體為戰略定位，推動教育、科技、人才一體化發展，進一步提升香港高等教育及創新科技發展的整體競爭力。

理大校董會主席林大輝博士表示，歡迎特區政府發布香港首個五年規劃及施政報告，為香港把握國家「十五五」規劃帶來的重大機遇、推動新質生產力發展指明清晰方向。他指出，理大將全力支持第一個五年規劃各項部署，積極對接國家發展戰略，充分發揮產學研融合優勢，深度融入國家發展大局和服務國家。他又提到，理大已正式成立教育科技人才政策研究院，助力特區政府戰略落地，大力推動教育、科技、人才一體化發展，並支持香港建設國際專上教育樞紐和國際高端人才集聚高地。

理大同時表示，全力支持特區政府推動愛國主義教育、國民教育及國家安全教育，持續加強青年對國家歷史文化、發展成就及國家安全的認識，厚植家國情懷，培育具備國家觀念和國際視野的新一代人才。

林大輝又指出，北部都會區是香港未來發展的重要引擎，也是推動教育、科技和產業協同發展的重要平台。理大將積極支持北都大學城建設，並考慮申請相關用地，進一步推動科研成果轉化、培育創科人才及促進產業發展，助力香港建設國際創新科技中心，與各界攜手把握大灣區發展機遇，更好服務國家發展大局。

理大校長滕錦光教授表示，理大樂見政府大力支持創科發展，推動產學研融合，以及拓展教育、科研與人才培育。他提到，北都規劃當中優先發展的河套香港園區，匯聚本地及海內外頂尖大學和科研機構，為科研合作、成果轉化及人才匯聚提供重要平台。理大歡迎園區進一步完善科研及教學設施，並期待積極參與相關發展，攜手推動創新科技及產學研協作。他亦欣悉政府支持興建綜合教學科研大樓，進一步強化支援科研人才培育和前沿研究的資源。

滕錦光續指，理大一直致力促進知識轉移、師生校友創業及產學研合作，並積極配合北都的發展方向。理大已申請於河套港深創科園建設生命健康科技研究院，聚焦人工智能與生命科學、健康科學融合發展，打造綜合研究及知識轉移平台，加速創新成果轉化，為香港建設國際創新科技中心注入動能。與此同時，理大正計劃成立「創新及創業學院」，進一步完善創科人才培育體系，為香港、大灣區及國家培育更多具國際視野的創新創業人才。

在推動科技創新與產業創新深度融合方面，理大歡迎施政報告提出相關方向，加速成果轉化和產學研協同創新。作為推動香港及國家創科發展的重要力量，理大積極構建覆蓋香港、中國內地及海外的知識轉移網絡，包括於中國內地12個城市設立技術創新研究院、前海前沿技術創新中心及兩所深圳研究院，並推出「理大企投・演創匯」平台連接科技、資本與產業。

理大披露，2024/25學年知識轉移總收入達29.8億港元，按年上升逾43%，位列全港院校第二；旗下PolyVentures初創生態系統已孵化超過900家初創企業，多家由學者、校友及學生領導的初創企業深耕人工智能、機械人、新能源、高端製造及航天科技等領域，具備發展成獨角獸企業範疇。此外，理大共有10個研究項目獲特區政府「產學研1+計劃」資助，充分展現大學推動科研成果轉化及產業發展的實力。

香港理工大學

在對接國家科技戰略、佈局前沿科研領域方面，香港第一個五年規劃提出加速對接國家重點科技戰略，聚焦生命健康、人工智能及機械人、微電子、新能源，以及先進製造和新材料等關鍵核心技術，並推動「AI產業化、產業AI化」。配合相關發展方向，理大先後成立理大高等研究院及人工智能高等研究院，聚焦前沿科技領域的跨學科研究，發揮世界一流大學的科研優勢，助力推進科技創新與產業創新融合發展。

理大同時欣悉政府將加快培育航天科技及低空經濟等新興產業。理大是香港唯一多次參與國家航天任務的大學，今年七月成立航空航天高等研究院，聚焦航天、航空及低空經濟相關研究。理大亦與中國科學院香港創新研究院合作參與「InnoHK太空製造技術創新中心」，為太空科技發展提供先進製造及材料技術支援。

在支持高等教育提質擴容、培育國際創科人才方面，理大歡迎施政報告提出增加約三成教資會資助研究院研究課程學額、提升「香港博士研究生獎學金計劃」名額，以及推動高等教育界廣泛應用人工智能及新興科技等措施，進一步強化香港的人才培育能力。

理大表示，一直積極響應特區政府打造「留學香港」及「遊學香港」品牌。自放寬非本地生限額以來，大學在2026/27學年已錄取近千名非本地學士生。理大將繼續積極拓展中亞、中東及非洲等新興市場，吸引世界各地優秀學生來港升學，並開辦切合新興科技發展需要的課程，為香港、國家及區域發展培育具國際競爭力的人才，支撐創科及產業發展所需的人才庫。