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（理大）今早於校園舉行升旗儀式，慶祝香港特別行政區成立29周年。升旗儀式由理大校董會主席林大輝博士、署理校長黃永德教授、中華人民共和國中央人民政府駐香港特別行政區維護國家安全公署二級巡視員宋一平先生及外交部駐港特派員公署領事部副主任田振峯參贊主禮。

校董會副主席葉中賢博士、大學顧問委員會主席顏吳餘英博士、大學司庫李健先生、大學顧問委員會榮譽主席鍾志平博士及榮休校長潘宗光教授大紫荊勳賢，聯同一眾理大校董會成員、大學顧問委員會成員、管理層、榮譽博士、大學院士、傑出校友、理大基金會成員、理大師生和校友出席儀式，祝願國家富強昌盛，香港繁榮穩定。儀式由中國人民解放軍駐香港部隊及理大學生升旗隊負責。

林大輝：理大緊貼國家發展大局 培養愛國愛港人才

林大輝博士在致辭時表示，今年是香港回歸祖國29周年，也是國家「十五五」規劃開局之年。特區政府正積極制定香港首個五年規劃，為未來發展擘劃藍圖。與此同時，今年亦是中國共產黨成立105周年，國家發展蒸蒸日上，綜合國力和國際影響力持續提升，充分展現新時代中國繁榮昌盛的蓬勃氣象。

他強調，面對新時代帶來的新機遇，理大作為香港高等教育界的重要一員，並在最新QS世界大學排名中位列第50位，定當緊貼國家和香港發展大局，堅守辦學使命，致力培養學生擁有家國情懷、具備全球視野、勇於承擔社會責任，把個人的追求融入國家事業，成為愛國愛港、德才兼備、對國家有貢獻的人才。

林大輝續説，理大將充分發揮在教育、科研及知識轉移方面的優勢，支持國家建設教育強國、科技強國和人才強國，並為香港融入和服務國家發展大局、提升國際競爭力，以及實現高質量發展作出更大貢獻。

放映紀錄片《孔子》 弘揚中華文化

為積極弘揚中華文化，理大自2024年起舉辦「理大中華文化節」系列活動，透過多元文化體驗加深年輕一代對中華文化的認識與欣賞，厚植國家與民族認同感。作為本屆文化節活動之一，升旗儀式後理大於賽馬會綜藝館放映紀錄片《孔子》。孔子創立的儒家思想是中華傳統文化核心根基，深刻影響中華民族價值體系的傳承演進。這套首次於香港放映的紀錄片以動人影像立體呈現這位著名思想家、政治家及教育家。升旗儀式及電影放映活動分別有接近400位嘉賓及理大社群參與。

理大今早於校園舉行升旗儀式，慶祝香港特別行政區成立29周年。

是次升旗儀式由中國人民解放軍駐香港部隊及理大學生升旗隊負責。

升旗儀式由理大校董會主席林大輝博士（左七）、署理校長黃永德教授（右七）、中華人民共和國中央人民政府駐香港特別行政區維護國家安全公署二級巡視員宋一平先生（左六）及外交部駐港特派員公署領事部副主任田振峰參贊（右六）主禮。校董會主席葉中賢博士（左五）、大學顧問委員會主席顏吳餘英博士（右五）、大學司庫李健先生（左四）、大學顧問委員會榮譽主席鍾志平博士（右四）、榮休校長潘宗光教授大紫荊勳賢（左三）及高級副校長（研究及創新）趙汝恒教授（右三），聯同一眾理大校董會成員、大學顧問委員會成員、管理層、榮譽博士、大學院士、傑出校友、理大基金會成員，以及近400名嘉賓、師生和校友出席儀式。