生体工学：棘皮動物の勾配性ステレオム構造が機械電気的知覚を可能にする

セル状固体は、自然系に普遍的に存在し、生物にとって不可欠である。滑らかな枝と節からなるその独特な形態は、機械的性能の向上に向けた適応と見なされることが多い。別の進化的機能の探索はセル状固体の理解を豊かにする可能性があるが、しばしば軽視されてきた。今回我々は、棘皮動物のステレオム（例えばウニの棘）における生体鉱物化したセル状固体が、棘皮動物の視覚よりも1～3桁大きい応答電位と応答時間を示す、予想外の機械電気的知覚を持つことを示す。この並外れた知覚は、棘の[001]軸に沿って空隙相または中実相の直径が変化する勾配性のセル状固体に由来し、液体が流れている間、ステレオムの表面に電荷密度差を生じる。我々は、この自然界の知恵に着想を得て、三次元（3D）印刷技術を用い、勾配のない試料と比較して3倍高い電圧出力と8倍大きな振幅差を示す棘に似た人工構造、ならびに水中の情報を時間分解して自己モニタリングできる自然界に着想を得たメタマテリアル機械受容器を作製した。今回の知見は、負荷に敏感な生体模倣セル状固体（木材、スポンジ、骨梁など）の理解を深めるもので、水中の時空間的センシングや水資源活用に向けた機能勾配を持つセル状材料の開発につながる可能性を秘めている。

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