在自然界億萬年的演化中，海洋生物練就了諸多令工程領域嘆服的 “黑科技"，海豹憑借獨特胡須在昏暗深海精準追蹤獵物蹤跡的能力，一直是流體力學與仿生傳感領域的研究熱點。

近日，荷蘭格羅寧根大學研究團隊依托摩方精密面投影微立體光刻（PμSL） 技術，成功研制出真實胡須形態的3D打印MEMS流量傳感器。相關成果以“Seal whisker-inspired fully printed MEMS flow sensor via micron-scale soft material additive manufacturing"為題刊發于國際期刊《Microsystems & Nanoengineering》，為流體傳感、水下導航、流場檢測等領域開辟了全新技術路徑。

長久以來，流致振動、渦流干擾始終是流體結構交互領域的核心難題，傳統工程器件極易受渦流誘發振動（VIV）影響，出現信號失真、信噪比偏低等問題。而港海豹、灰海豹等鰭足類生物的胡須演化出天然的波紋狀形貌，能夠有效抑制渦流振動，精準捕捉水流尾跡產生的微弱擾動，這一特性成為仿生流體傳感器研發的靈感來源。過往相關研究大多采用簡化的胡須模型，僅復刻理想的波長直徑比例，無法還原天然胡須復雜的漸變輪廓與精細波紋，傳感器性能始終難以突破生物原型的極限，同時軟質傳感基底、微通道一體化成型等制造難題，也制約著高靈敏度MEMS傳感器的量產與落地。

圖1. 展示了斑海豹、灰海豹和加州海獅的照片及其胡須顯微結構。

針對以上行業痛點，研究團隊跳出傳統簡化模型的局限，基于港海豹、灰海豹、海獅三種生物胡須的高精度三維掃描數據，完整還原天然形貌特征，并結合摩方精密microArch® S240（精度：10μm）3D打印系統完成全結構一體化打印，精準復刻出胡須橢圓形截面與軸向連續波紋，完整保留不同物種胡須的形態差異，形態還原度達到微米級，解決了傳統工藝無法實現復雜非平面仿生結構成型的短板。

圖2. 展示了3D打印MEMS傳感器的設計和制造。

材料層面的創新與工藝深度融合，讓這款仿生傳感器實現性能躍升。研究團隊定制調配彈性樹脂體系，兼顧微納打印精度與材料柔性，適配FSC柔性傳感基底的使用需求，突破了市面常規光固化軟質樹脂精度不足、彈性偏弱的瓶頸。傳感器基底內置500μm微通道與20μm波紋結構，借助毛細作用將石墨烯納米片（GNP）墨水注入通道形成壓阻傳感單元，整套流程依托PμSL成型結構的微觀表面特性自然完成，無需額外支撐結構與復雜后處理，微通道形態規整無變形，為穩定傳感奠定基礎。

圖3. 展示了GNP墨水的毛細注入過程及微觀形貌。

多項性能測試數據展現出該傳感器的優異表現：在靜態力學測試中，傳感器拉伸應變系數達16.57，壓縮應變系數為10.67，應變靈敏度表現優異；歷經3000次循環載荷測試后，器件輸出信號依舊穩定，具備很強的長期工作可靠性。動態測試證實，傳感器可捕捉低至0.5μm的微小振動，響應頻率覆蓋至70Hz，既能勝任穩態流場檢測，也可精準解析渦流特征。對比實驗結果具有參考價值：帶有天然波紋結構的港海豹、灰海豹仿生胡須可顯著抑制渦流誘發振動，信噪比遠超表面光滑的海獅胡須仿生結構，即便在遠離流場擾動源的工況下，依舊能清晰識別微弱水流尾跡信號，直觀驗證了生物形貌與傳感性能的強關聯性。

圖4. 電機械特性與流場表征。

總結：該研究研發的仿生海豹胡須3D打印MEMS傳感器具備深遠應用價值，既可支撐海洋生物形貌與流體感知相關科研研究、挖掘生物演化規律，也能賦能水下機器人導航、工業流體監測、海洋環境探測等工程場景，依托仿生結構優化流場檢測精度，其一體化微納3D打印制備方式，更為各類柔性仿生微傳感器研發提供了可復用的全新研發范式。

作為全球微納3D打印領域的領航企業，摩方精密微納3D打印技術憑借超高分辨率、跨尺度成型能力、多材料適配性，持續賦能全球高校與科研機構深耕仿生學、MEMS、微流控、生物醫療等前沿領域。從精細仿生結構到功能性微器件，從實驗室原型到工程化應用，摩方精密始終以創新的增材制造技術，打通“設計-制造-應用"全鏈條，助力科研人員突破傳統工藝邊界，將自然靈感轉化為前沿技術成果。