研究胡须，发了一篇《Science》

角蛋白复合物使动物能够用蹄子行走、用羽毛飞行以及通过皮肤感知外界。哺乳动物的胡须是连接在触觉皮肤结构上的细长角蛋白棒，它们扩大了动物的感知范围。

2026年2月12日，马克斯·普朗克智能系统研究所Katherine J. Kuchenbecker团队在Science 在线发表题为“Functional gradients facilitate tactile sensing in elephant whiskers”的研究论文，该研究探索了亚洲象（Elephas maximus）鼻子上的胡须，发现它们在几何形状和机械性能上经过了精心设计，能够通过编码在胡须基部感受到的振动触觉信号的振幅和频率来促进触觉感知。

象的胡须从有铠甲保护的鼻子皮肤中伸出，从厚实、圆形、多孔、坚硬的基部逐渐转变为薄、卵形、密集、柔软的尖端。这些在几何形状、孔隙率和硬度方面的功能梯度独立地调整了大象鼻子触觉的神经力学特性，以促进高度灵巧的操作，同时确保胡须的耐用性。

动物进化出了多种多样的感知系统，帮助它们在复杂地形中移动、寻找食物以及察觉捕食者。许多陆地和水生哺乳动物物种利用特殊的感知毛发（即胡须），作为主动的触觉感知器官，来监测周围环境。每根胡须的基部周围都有一个毛囊，其中包含感受器，这些感受器会对胡须受到的物理刺激做出反应，从而扩展动物的触觉范围。大多数研究都集中在胡须毛囊结构的几何形状和/或神经力学如何影响触觉敏感度上。本研究分析了胡须固有特性的变化，包括胡须的孔隙率和硬度是如何沿胡须长度变化的。

该研究测量了象须从基部到顶端的几何形状、孔隙率以及材料的刚度，并将这些特性输入到开源且可定制的有限元模型中，该模型允许象须的特性在纵向上发生变化。随后，研究人员利用这一模拟来将象须与鼠须进行比较，鼠须在其长度上具有均匀的材料刚度。相比之下，象须展现出三个独立的功能梯度。象须的几何形状呈现出逐渐变细的卵形横截面，这使得象须在伸展穿过障碍物时能够弯曲。象须的孔隙率由内皮层中的空心管状结构所构成；这种类似角质的微结构在基部融合成一个密集的象须尖端。

功能梯度使大象的触须具备了“智能”特性（图源自Science ）

具有孔隙的基部提供了减轻重量和抗冲击的功能优势，类似于大角羊的角质结构。刚度分析表明，象须从坚硬的基部（弹性模量为 2.99 GPa）过渡到柔软且有弹性的尖端（0.0706 GPa），这种转变达到了两个数量级的变化，尽管象体毛的刚度从基部（2.20 GPa）到尖端（1.15 GPa）是大致恒定的。大象触须的刚度梯度相较于均匀的触须具有两个显著优势：在大变形情况下可降低基部应力，并能放大触须长度方向上的信号差异，从而增强接触位置的编码能力。

总之，亚洲象触须的几何形状、孔隙率和刚度梯度似乎经过了精心设计，以增强触觉感知能力。其逐渐变细的卵形几何结构增强了与纹理的接触，并允许特定的弯曲方向；从多孔的基部到致密的顶端的转变减少了质量，提高了触须的共振频率并减少了断裂风险；从坚硬的基部到柔软的顶端的过渡增加了顶端的弯曲度，并有助于沿着触须进行接触编码。在大象触须中同时存在的这三种功能梯度的物理特性拓展了我们对触觉的理解，并可能为人工触觉感知的新方法提供灵感。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx8981