传感器作为信息获取与转换的媒介,在工业生产与科技进步中发挥着举足轻重的作用。其中,柔性应变传感器已经成为未来智能器件发展的主要前沿研究方向之一,在电子皮肤、人体运动或健康监测、人机交互等领域具有广阔的应用前景。目前,虽然围绕柔性应变传感器的灵敏度、稳定性等基本传感性能方面已经开展了大量研究,但仍然面临着在微弱应变下灵敏度低、稳定性不足等局限。此外,一方面由于传感器的使用工况多样复杂,在湿润或水环境背景下,柔性应变传感器极易遇水失效;另一方面因受限于柔性应变传感器架构中功能材料或结构的机-电各向异性特征,传感器只在单轴或双轴方向上传感而无法全方向感知。因此,具备优异防水功能的柔性应变传感器能够扩展传感器在水环境中的应用范围,具备全向感知的传感器则能够拾取环境中各方向上的机械量信号,进一步覆盖并提取环境中的多源信息。所以寻找合适的方法构建低应变下具有超高灵敏度、多功能防水以及全向感知能力的柔性应变传感器,是实现微弱机械量信号检测、扩宽传感器应用领域以及全方位无差别感知的一大难点与挑战。在自然界中,蝎子在长达四亿三千万年的进化史中,昼伏夜出习性使其逐渐以体表的振动感知器官代替了大部分动物用来与环境信息进行交互作用的视觉感官。蝎子体表的这种感知能力敏锐到可以探测到距其50 cm远处地表几厘米下穴居昆虫钻洞所产生的扰动,对掉落在跗骨处5 cm范围内一粒沙的运动也十分敏感。此外,由于蝎子生存环境中物种多样,各种生物在运动过程中所产生的振动信号相对于蝎子所在的位置是不尽相同,方向各异的。但蝎子对这些从任意方向上传来的振动信号都具备感知能力,能够很快地拾取这些信号并加以区分辨别,并进一步精准定位振动源。因此,蝎子的这种超敏、全向感知能力为设计相应的仿生柔性传感元件提供了天然的模板。本文选取了成年彼得异蝎（Heterometrus petersii）作为研究对象。综合采用超景深三维显微镜、扫描电镜等多种观测手段,表征了蝎子步足上的缝感受器基本形态结构,确定了缝感受器在八足上的器官高度一致性。通过生物行为学实验,发现了单个缝感受器对振动信号具有超敏、全向的感知能力,即对来自任意方向上的振动激励都有快速且准确的行为响应（orientation response）。通过对缝感受器所在部位（跗骨节-跖骨节）展开了受力分析,观察了缝感受器缝单元在振动激励下的微观变形响应,分析了缝感受器形貌与外力方向之间的关系,提出了缝感受器缝单元的曲状形貌和扇形阵列分布是实现超敏、全向感知功能的先决条件。基于受力分析下得到的缝感受器边界条件,建立了相应的数值分析模型,揭示了缝感受器对振动信号的超敏与全向感知原理。基于缝感受器的超敏感知机理,以缝单元为仿生结构设计模板,通过有限元分析比较了几种常见的具有不同截面形状的沟槽微纳结构在相同外力条件下的应变与位移响应结果。考虑到压阻式应变传感元件的工作原理和实际加工工艺条件,优化并选择了具有V型截面的沟槽作为生物缝单元的基础仿生结构。融合了有机溶剂诱导法和结构转移法,制备了基于直线型平行阵列沟槽的仿生超敏柔性应变传感元件。结合自然界中广为人知的荷叶表面超疏水效应,以组合仿生的策略构建了基于直线型平行阵列沟槽的仿生柔性超疏水应变传感元件。该传感元件不但可以作为一种可穿戴柔性电子应用到人体运动监测领域中,也可以作为一种多功能电子在水环境下正常使用,有望在水下机器、潜行员身上装备,提供实时运动状态监测功能。进一步,基于缝感受器的全向感知机理,设计并制备了一种曲状沟槽环形阵列分布结构的仿生超敏、全向感知柔性传感应变元件,在低应变下灵敏度系数高达18000,且能够拾取不同方向上的激励,区分不同的输入信号,充分表明了这种仿生结构对不同方向上的外力激励都具备感知能力。综上所述,本论文借鉴仿生学思想与方法,以蝎子体表的优异感知功能为研究模本,揭示了蝎子超敏、全向感知能力的作用机制,并以此为基础,设计并制备了三种仿生柔性应变传感元件,阐述了蝎子缝感受器缝单元形貌、阵列分布样式与仿生传感元件性能与功能之间的联系。同时,利用自然界中荷叶效应,扩展了仿生传感元件向更严苛的水下环境应用。在超敏、全向感知性能与超疏水功能的基础上,未来有望在空气或水中对任意方位、微弱强度信号源实现无差别感知、识别与精准定位。