传感器是获取外界信息的重要工具,其在电子皮肤、人机交互以及医疗健康等领域受到了极大的关注。在众多的传感器中,柔性机械量传感器是主要的研究方向之一。其工作原理是将采集到的来自外界环境中的应变或压力等物理信号按照一定的规律变换为可量化、识别、存储的电学信号,如电压、电流等。目前,柔性机械量传感器面临的问题是,当存在低频噪音干扰且有用信号极其微弱时,无法将有用信号进行解耦。因此,寻找创新方法设计制造既能降低低频噪音干扰又能识别到关键微弱的信号是进一步提升传感器信噪比的难点与挑战。大自然是人类最好的老师,历经亿万年的进化,自然界中的生物为了适应严苛的自然环境,保证种群能够生生不息,已经进化出了多种多样抗干扰、低功耗、灵敏度高的生物感受器。生物感受器所使用的原材料只是常见的几种天然材料,且这几种材料都是在自然环境下合成,并不像人类一样需要在复杂、多物理场下合成各种新式材料来制造传感器。生物依靠简单的成分、普通的环境条件,却可以形成在复杂的环境下准确感知生物相关信号的感受器,其特殊的机理尚不明晰。因此,挖掘出生物感受器潜在的机理,将会为柔性机械量传感器的设计提供创新思路和天然模板。在众多拥有机械量感受器的生物中,由一系列体节构成的节肢动物-蝎子是典型的代表,其依靠体表的微振动感受器可以在充满各种频率振动信号的复杂环境中准确的感知生物所需的振动信号。比如,距离地表50 cm处地下昆虫的扰动、20 cm范围内一粒沙粒的移动。因此,蝎子体表的微振动感受器必然综合了抗干扰、高信噪比、高灵敏的特点,这种针对微振动感受器更深层次的研究,将会为设计相应的机械量传感器提供灵感。本文选取了成年彼得异蝎（Heteroremtrus petersii）作为生物原型。采用神经元原位示踪技术,表征了缝感受器神经元在单条缝感受器中的位置分布。通过设计搭建单条缝感受器电生理测试装置,发现了缝感受器神经元主要对挤压过程产生神经冲动,而对缝单元的舒张过程反应不明显,进一步揭示了缝感受器是通过对缝单元的挤压变形实现对振动信号的感知。通过对单条缝感知单元在不同频率下的电位响应进行研究,分析了施加于跗骨末端引起缝感受器神经元产生明显冲动的最低振幅与振动频率的关系,发现缝感受器更倾向于接收一些高频率的振动信号,是一种生物体上的“高通滤波器”。对蝎子缝感受器接收振动信号的传递路径进行了研究,发现在紧邻缝感受器前端存在着一个不同于其他部位的特殊功能结构,并对其宏观形态、结构特征、材料特性等关键属性进行了分析,确定了其宏观形态为马蹄状结构且此结构从表面到内部都是刚度较小的材料,具有与柔性的缝感受器表皮膜相似的自发荧光特性。通过自行制备的原子力显微镜胶体探针,在体外对蝎足跗骨挤压跖骨的过程进行了逆向还原,分析了马蹄状结构的力学特性,发现蝎子巧妙地利用非神经性的粘弹性材料实现了对低频振动信号的过滤,揭示了蝎子微振动感受器“高通滤波”特性的内在机理。进一步,通过揭示蝎子缝感受器与马蹄状结构共同作用下的感知机理,建立了受粘弹性材料启发的电阻式应变传感元件仿生设计模型,在此模型的基础上开展了相应的应变传感元件的设计、制造以及应用测试。通过施加速度不同的外力,发现所制造的传感元件再现了缝感受器与前端马蹄状结构的感知功能,具备一定的对低频率信号衰减从而实现滤波的效果。此外,还对所制造的传感元件进行了关键性能如灵敏度、响应时间等的测试表征,以及在可穿戴、语音识别和人机交互领域的应用探索。尽管粘弹性材料能使蝎子缝感受器具有对低频噪音信号的衰减过滤功能,但是其也会对生物相关的高频信号产生一定的衰减。通过显微CT技术,发现在蝎子缝感受器的两侧存在规律性分布的通孔结构,并对其形态特征进行了统计分析。通过结合数字图像以及有限元模拟的方法,揭示了孔洞这一功能结构的存在会使缝感知单元的变形程度更大,从而对衰减后的信号产生放大的内在机理。进一步,基于多孔结构对信号放大的机理,设计制造了一种灵敏度高且具有超低检测极限的柔性压力传感器,实现了对微气流造成的压力以及人手触摸等微弱压力信号的超敏感知功能。综上所述,本论文以具有抗干扰、高信噪比、高灵敏特性的典型代表-蝎子为生物原型,揭示了蝎子微振动感受器过滤低频噪音,放大生物需要的高频信号的策略,实现了微振动感受器在有干扰条件下对生物需要信号的感知,突破了传统的使用有源电路和算法进行噪音滤波与放大的方法。并以此为基础,设计制造了受粘弹性材料启发的电阻式柔性应变传感元件,实现了对低频信号衰减而对高频信号衰减较小的滤波功能,从而降低了低频噪音的干扰。此外,基于多孔结构对信号的放大功能,设计制造了具有多孔结构放大效果的超敏柔性压力传感器,实现了对微弱压力信号的放大,从而提高了感知灵敏性。