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。

隨着人口老齡化加劇及專科醫生人手短缺，提升眼科診斷效率與一致性已成為全球醫療體系的重要挑戰。香港理工大學（理大）研究團隊現正啟動新一代臨床級眼科人工智能代理系統「EyeAgent 2.0」的研發工作，目標構建具備臨床推理能力的智能決策支援平台，協助醫生進行疾病診斷分析、治療規劃及隨訪管理，從而提升臨床判斷的質量與效率。

「EyeAgent 2.0」以基礎模型為核心，結合多模態數據建立眼科臨床推理引擎，提供科學化鑒別診斷及個人化治療規劃，標誌著由簡單篩查系統邁向實時臨床協作的重要突破。

理大團隊早前已開發「EyeAgent 1.0」原型系統，可整合文字及圖像等多模態醫療數據，進行基礎診斷補助，並已於香港及內地醫院開展試點測試，獲得正面臨床回饋。在此基礎上，研究團隊正積極推進「EyeAgent 2.0」的研發。新系統將以專科基礎模型為核心，結合來自不同地區大型眼科中心的真實世界多模態電子病歷數據進行訓練，整合眼底影像、光學相干斷層掃描、血管造影及臨床文字資料，並透過多智能體協作框架模擬實際臨床流程，包括資料整合、鑑別診斷、治療規劃及病程預測，目標實現由單次影像分析邁向連續病程決策支援的升級。

根據現階段的模型驗證及原型測試結果，研究團隊預期系統成熟後將顯著提升診斷一致性及效率，並減少醫生在病例整理及文書處理上的時間，有助紓緩高負荷臨床環境下的工作壓力。系統設計強調人機協作，所有最終臨床決策仍由醫生主導，人工智能則作為輔助工具，加強資料整合與分析能力。

理大眼科視光學院科研眼科講座教授、梁顯利長者健康視覺教授兼視覺科學研究中心主任何明光教授領導研究團隊，打造眼科人工智能臨床代理系統「EyeAgent 2.0」。

領導研究的理大眼科視光學院科研眼科講座教授、梁顯利長者健康視覺教授兼視覺科學研究中心主任何明光教授表示：「團隊將持續引入更多地區的真實世界臨床數據進行訓練與驗證，進一步優化系統的推理表現與穩定性，目標發展成為符合監管標準的醫療軟件產品（Software as a Medical Device），並於完成臨床驗證後逐步推進註冊及部署工作。」他補充，項目已申請相關政府創新科技資助，團隊計劃於未來兩年內完成系統開發及驗證，並推動產品化及商業化，優先於香港市場開展應用，隨後逐步拓展至粵港澳大灣區、內地及海外市場。

理大高級副校長（研究及創新）趙汝恒教授表示：「理大一直積極推動人工智能與醫療健康領域的跨學科創新，致力將科研成果轉化為具社會價值的應用技術。『EyeAgent 2.0』的研發體現大學在人工智能、數據科學與臨床專業結合方面的深厚積累，亦有助提升香港在醫療人工智能領域的國際競爭力。」

系統未來擬採用年度訂閱與按使用量收費相結合的商業模式，並可根據不同醫院資訊系統架構作出靈活部署。研究團隊期望透過持續技術優化及臨床合作，推動建立可信、規範及可持續發展的醫療人工智能生態，助力提升區域以至全球眼科醫療服務水平。

未來，理大將繼續以社會需求為導向，深化人工智能與臨床醫學融合，透過持續研發與制度建設，為醫療系統提供更高效率、更具質量及更可持續的解決方案。