PNAS | 東南大學張久洋團隊受蜘蛛啟發，單根“毛發”實現超靈敏多功能感知

在自然界中，蜘蛛等節肢動物憑借其腿部的微型裂縫和感覺毛，能夠敏銳地感知微弱的氣流和振動，實現對環境的精準判斷。這種將多重感知功能集成于微小空間的生物機制，為柔性電子器件的發展提供了絕佳的范本。然而，如何在微米級的單一器件上同時實現超高靈敏度、多環境適應性和多功能感知，一直是柔性微傳感器領域的核心挑戰。

2026年3月17日，東南大學化學化工學院張久洋教授團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表了題為“Single polymer fiber–based ultrasensitive and multifunctional flexible microsensor via arthropod-inspired crack-helix coupling”的研究論文。這項研究巧妙結合了節肢動物裂縫和毛發感受器的結構優勢，在單根聚合物螺旋微纖維上構建出一種裂紋-螺旋耦合的柔性微傳感器（CHMS），實現了創紀錄的靈敏度和多模態感知能力。

研究團隊受蜘蛛感官系統啟發，制備出這種形似直立毛發的微傳感器。當受到微弱外力時，其螺旋結構會發生形變，表面的液態金屬層隨即產生大量微裂紋，阻礙電子傳輸，從而產生清晰可辨的電阻變化信號。無論是極稀疏的霧氣擴散，還是微小的水面波動，都能被它敏銳捕捉。

該傳感器的卓越性能源于其獨特的制備工藝和固液共存的液態金屬涂層。這種材料不僅讓傳感器在1.5%至3%的應變范圍內實現了高達2,711的靈敏度，更重要的是，其中的液態成分能夠滲透并“修復”拉伸過程中產生的微裂紋，使得傳感器在超過50,000次循環拉伸后仍能穩定工作，壽命遠超傳統傳感器。

除了感知形變和力的大小，CHMS還具備高分辨率的頻率識別能力。它不僅能檢測到低至0.2毫牛的微弱振動力，還能通過算法精確解析出振動頻率，即便頻率差異僅為0.01赫茲也能清晰分辨，檢測上限可達1000赫茲以上。

最終，研究團隊展示了CHMS在真實復雜環境中的強大潛力。在空氣中，它能感知稀薄霧氣的微弱擾動；在水中，它能監測氣泡破裂引起的微小波動。更令人驚嘆的是，它還能在20厘米外精確識別出水下聲波的頻率，識別誤差極小，展現出在復雜環境下進行高精度聲學感知的巨大潛力。

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