在信息化的现代社会,传感技术已经成为一个国家发展进步的重要基础与动力,也是人类探索宇宙,迈向太空的必备关键技术。作为传感技术的核心成分,传感器在制造业,医疗行业,互联网行业以及航空航天业等都有着广泛应用,其已经深入到人们生活的方方面面,成为社会稳定发展的重要基石。因此,提升现有传感器性能,探索新一代传感元件的设计原理与制备工艺具有非常重要的意义。自然界中的生物也存在着各式各样与人工传感器功能类似的感知系统,能够实现外部信息的获取和转换,从而帮助生物判断周围的环境状况。作为食肉性植物中的典型代表,捕蝇草的触毛感受器完美实现了高感知精度和微尺度特征的有机结合,可以精准,快速的感知到体重为3 mg的昆虫引发的机械刺激。因此,探索捕蝇草触毛感受器的优异性能并开展相应地仿生研究,可以为提升现有传感器性能提供重要理论基础和灵感。本文选取B52捕蝇草为仿生原型,通过试验和理论分析手段揭示了捕蝇草触毛感受器的高灵敏感知机理,建立了基于捕蝇草触毛感受器的仿生传感元件数学和物理模型,设计、制备了不同参数的仿触毛悬臂梁传感元件,并研究其在信号检测方面的相关应用。本论文所作的主要工作如下:首先,综合采用超景深显微镜、扫描电镜、原子力显微镜、计算机断层扫描技术等手段,分析了捕蝇草触毛感受器的分布情况、外部形态、形变响应特性、内部微尺度结构特征及组织力学性能等。结果发现捕蝇草触毛感受器整体呈悬臂梁结构,主要由刚性毛杆、柔性基座及两者间的收缩区域组成。毛杆和基座组织都是由管状细胞组成,而收缩区域组织内除了管状细胞外还存在着感觉细胞,受力后触毛毛杆偏转而基座弯曲。对于捕蝇草上的同一根触毛,其毛杆的弹性模量要比基座组织弹性模量大一到两个数量级,触毛悬臂梁结构的弹性系数测试结果也表明触毛感受器对力有着高灵敏感知特性。在此基础上,分析了捕蝇草触毛感受器对于外界刺激的感知过程原理。然后,基于捕蝇草触毛感受器的形态结构及组织材料参数,运用耦合仿生学原理,根据捕蝇草触毛感受器的生物模型建立了悬臂梁结构的仿生传感元件数学和物理模型,通过数学公式计算和有限元分析方法分析了其静力学特性和结构稳定性。结果发现仿触毛悬臂梁传感元件能够有效地将应变集中到基部,并集中了应变分布面积,而基部收缩结构的存在可以进一步地在缩小应变分布面积的基础上提升应变极值,并且根据压杆稳定性理论对仿触毛悬臂梁传感元件结构进行了优化。最后,以仿触毛悬臂梁传感元件模型及其力学特性为依据,设计、制备出了简洁、高效的仿触毛悬臂梁传感元件,并对其灵敏度、迟滞程度、时间响应特性、频率响应特性及耐疲劳特性进行了测试。在此基础上,开展了仿触毛悬臂梁传感元件的应用试验,将其用于检测载荷、气流和振动信号,并设计了一个简单的控制电路将其和LED灯接入其中,用作信号指示器,感知周围环境的状态。