本课题基于仿生学原理,采用自制的对称电极含金属芯PVDF纤维(Symmetric Metal core PVDF fiber,SMPF),依据人体前庭感受器结构和功能,设计并制备仿生前庭感受器,并建立感知加速运动的理论模型。在此模型基础上,利用实验验证的方法,探究了在加速运动过程中,作用力对人体前庭感受器感知加速运动的影响,取得了一定的研究成果。具体实验研究内容如下:(1)根据第一类压电方程,建立悬臂梁结构仿生纤毛的理论模型,通过实验验证:仿生纤毛的响应电荷量与冲击加速度幅值之间呈线性关系,说明了仿生纤毛具有感知加速度幅值的能力,同时也说明了仿生纤毛可以用来制备仿生囊斑。(2)采用硅橡胶和仿生纤毛,制备了含单根仿生纤毛的仿生囊斑,建立仿生囊斑的理论模型,即在直线加速度作用下,仿生囊斑的响应电荷的变化;分析了耳石对仿生囊斑传感过程的影响;搭建了实验平台进行实验验证。实验结果表明:仿生囊斑的传感信号与冲击激励幅值之间呈线性关系,与冲击激励的角度之间呈余弦关系,表明了耳石增强了仿生囊斑的感知能力,仿生囊斑与人体囊斑具有类似的感知功能。(3)按照人体耳石器官的结构,将多根仿生纤毛按囊斑中微纹走向埋设置,设计制备仿生囊斑。并用3D打印方法制备外壳,将仿生囊斑和液体密封在外壳中,分别制备出仿生球囊和椭圆囊。根据人体耳石器官中2个囊器官的位置关系,将仿生球囊和椭圆囊与三根半规管组装在一起,制备完整的仿生前庭感受器。建立仿生前庭感受器的平面直线加速度感知理论模型,并分析了耳石层重力、液体摩擦力和惯性力对前庭感受器传感性能的影响,搭建实验系统验证了理论模型。实验结果表明:椭圆囊能够感知水平平面内直线加速度的方向和大小,球囊可以感知铅垂平面内直线加速度的方向和大小。(4)采用空间直线加速度分解的方法,建立仿生前庭感受器的空间加速度感知理论模型。搭建实验系统验证了理论模型。实验结果表明:仿生前庭感受器能够感知空间直线加速度的方向和大小。通过理论分析和仿生器官实验研究,证明人体在耳石层重力、液体摩擦力和惯性力的共同作用下,能够感知头部的直线加速度的方向和大小,其中椭圆囊主要感知水平平面内的直线加速度,球囊主要感知铅垂平面内的直线加速度。