仿生人工肌肉复刻海豹胡须，为水下机器人带来新感知方式

海豹是肉食性海洋哺乳动物，高度适应在水下能见度极差的环境中捕食鱼类。在这样的条件下，海豹依靠其极其灵敏的胡须，感知鱼类游动留下的微弱水流痕迹。与老鼠、猫等动物一样，海豹也会让胡须来回 “扫动”，但这种运动究竟有何作用，长期以来一直是未解之谜。

海豹依靠胡须感知鱼类游动时在水中留下微弱水流扰动。图片来源：荷兰劳沃苏格海豹康复与研究中心

荷兰格罗宁根大学博士生Chinmay Gupta、Ajay Giri Prakash Kottapalli教授及其团队的一项最新研究证实，胡须的主动扫动能够显著提升感知能力，帮助海豹在水下精准追踪猎物留下的水动力轨迹。相关成果已发表在npj Flexible Electronics上。

Gupta 与 Kottapalli 团队利用柔性电液驱动软体执行器，研发出一套仿生人工肌肉系统，复刻了海豹摆动胡须的生物力学机制。这套系统可对胡须的运动角度、摆动频率与基部刚度进行精准调控，从而系统揭示胡须扫动对水下感知性能的影响机制。

这张图片展示的是海豹口鼻部仿生模型可精准模拟海豹摆动胡须的动作 图片来源：格罗宁根大学 Kottapalli 实验室

研究团队通过真实海豹胡须的对比实验发现：斑海豹的波浪形胡须，其涡激振动幅度仅为加州海狮光滑胡须的 1/3，信噪比（SNR）更是高出 50 倍以上。而当胡须向前伸出（外展） 时，感知灵敏度达到最高，但需要持续的肌肉收缩供能；为在灵敏度与能耗间取得平衡，海豹平时将胡须收回（内收），仅在探测到猎物线索时，进行节律性主动扫动，高效捕捉微弱的水流振动信号。

实验进一步证实，胡须外展状态下的信噪比，是刚性固定状态的 3 倍以上、内收状态的近 2 倍，直接解释了海豹在捕猎时主动伸出胡须的行为意义。团队还搭建了集成 60 根真实海豹胡须的仿生口鼻系统，实现了可变角度、可变频率、左右不对称的同步扫动，高度还原了自然状态下的感知动力学。

赋能机器人：无声、高效、环保的新型感知方案

这一发现为 Kottapalli 团队研发陆空与水下两用机器人技术提供了核心仿生思路。搭载类胡须传感器的机器人，可被动感知气流或水流扰动，进而追踪移动物体留下的轨迹。

与传统声呐不同，这种传感器不发射任何信号，不会对海洋生物造成干扰，可实现更安静、更节能、更环保的机器人感知与导航。

未来，团队计划将这种感知方案拓展至地面机器人：通过在机器人前端集成阵列式胡须传感器，可在低光照、强遮挡、狭窄空间等视觉失效场景下，完成障碍物识别、气流感知与自主导航，大幅提升复杂环境适应能力。

论文信息：Chinmay Gupta et al, Soft bionic actuation explains the functional role of whisking in seal whisker sensing, npj Flexible Electronics (2026). DOI:
10.1038/s41528-026-00565-1

信息源于：phys.org