随着大数据、人工智能和物联网等概念的提出以及相关基础技术的进步,各类传感器,特别是柔性传感器件在可穿戴设备、自然交互、虚实融合、高级人机接口与信息互通等领域作为基础技术和基础器件,得到了各国政府以及科研工作者广泛关注。悬臂梁传感器是当今工业社会中最重要的力学传感检测平台之一,其广泛应用于称重、加速度检测、生物检测、化学检测、微生物检测等领域。微悬臂梁具有结构简单、尺寸小、灵敏度高等特点。然而即使现有的微悬臂梁传感器具有诸多优异特性,相对于节肢动物体表蛊毛来说,仍然具有其提高和发展的空间。因此,探索制造仿生蛊毛悬臂梁传感器具有重要的理论意义和应用价值。本文选取了几种不同生境下的蝎子为生物模本,结合仿生学原理,运用试验和理论分析揭示了蝎子蛊毛感受器的高灵敏流量感知机理,提出了基于蛊毛感受器的“类不倒翁模型”,设计、制造了不同的仿蛊毛悬臂梁结构和仿蛊毛传感器,并从理论、试验和应用方面进行了相关研究。本文主要研究内容如下:首先,对比分析收集到的各类蝎子样本,选取了四种不同生境下的蝎子:黄鳄背蝎(Hottentotta trilineatus)、黑粗尾蝎(Parabuthus transvaalicus)、马氏钳蝎(Buthus martensii)和彼得异蝎(Heterometrus petersii)作为研究对象。综合采用光学显微镜、扫描电镜、X-射线三维显微镜(μ-CT)和生物组织超薄切片等多种观测手段,分析了蝎子蛊毛的分布情况、蝎子蛊毛的外部基本形态结构和关键尺寸、蝎子蛊毛的内部组织构成及其形态结构特点等。蝎子蛊毛的外部主要结构特征相同,均为一根高纵深比的毛杆插入一个较大的毛窝中,蛊毛杆基部与肌体的弹性组织相连,弹性组织具有较小的纵深比,神经纤维束末端穿过弹性组织与蝎子蛊毛杆基部相连接。然后,运用原子力显微镜的力曲线测试模块,对蝎子蛊毛进行了静力学分析和关键材料力学参数的计算。由于蛊毛内部材料和外部的蛊毛杆材料具有不同的性质,所以采取的方案为分别测试完整蛊毛和蛊毛基部被固定这两种情况。结果表明,对于蝎子同一根蛊毛其蛊毛杆要比蝎子蛊毛内部组织弹性系数大15-25倍。接着,研究了蝎子蛊毛的运动学特性,包括蛊毛的运动偏好,蛊毛的刚性摆动,蛊毛的频响特性,以及蛊毛的关键动力学参数的计算等。蝎子蛊毛具有一定的运动方向偏好性,尤其是与地面平行的螯肢外侧面的蝎子蛊毛的运动偏好性最为明显。蝎子蛊毛在低频的流场中具有很好的灵敏性,蝎子蛊毛能够完整的映射激励流场的频率和振幅,蝎子蛊毛的固有频率在50Hz-250Hz之间。随后,根据蛊毛的静力学特性和动力学特性,运用耦合仿生学原理,提出了蛊毛的“类不倒翁模型”。对仿蛊毛悬臂梁进行了理论建模,并进行了静力学和动力学特性的分析。分析了仿蛊毛悬臂梁的放大机制,在动力学特性分析中计算了仿蛊毛悬臂的固有频率。运用有限元模拟,对不同参数下的仿蛊毛悬臂梁的静力学过程和动力学过程进行了分析,探讨了仿蛊毛悬臂梁传感器适宜的信号读出方式。最后,设计并试制了仿蛊毛悬臂梁和仿生蛊毛压电式悬臂梁传感器,并对其进行了简单的性能测试。设计了几种基于“类不倒翁模型”的仿蛊毛悬臂梁传感装置,并讨论了仿蛊毛传感阵列的定位问题。