科学家创造出世界上最小、最轻、最快的全功能微型水黾机器人

科学家创造出世界上最小、最轻、最快的全功能微型水黾机器人 华盛顿州立大学的研究人员开发出了体积最小、速度最快的微型机器人，有望改变从人工授粉到外科手术的各个领域。这些机器人利用形状记忆合金进行运动，比以前的型号明显更轻、更快，通过模仿自然界昆虫的行为，有望实现更高的自主性和效率。图片来源：西悉尼大学图片社速度和微型化方面的突破机械与材料工程学院的博士生、这项研究的第一作者康纳-特里格斯塔德（Conor Trygstad）说："与这种规模的其他微型机器人相比，这是非常快的速度，尽管它仍然落后于它们的生物亲戚。一只蚂蚁通常重达五毫克，移动速度可达每秒近一米。"微型机器人的关键在于使机器人移动的微型致动器。特里格斯塔德利用一种新的制造技术，将致动器微型化到不足一毫克，这是目前已知最小的致动器。一个西悉尼大学创造的机器人被放在一个25美分硬币旁边，以显示其大小。资料来源：西悉尼大学领导该项目的西悉尼大学机械与材料工程学院工程学副教授 Néstor O. Pérez-Arancibia 说："这些致动器是迄今为止为微型机器人开发的最小、最快的致动器。"先进的致动器技术致动器使用一种称为形状记忆合金的材料，这种材料在加热时能够改变形状。之所以称之为"形状记忆"，是因为它能记住并恢复到原来的形状。与移动机器人的典型电机不同，这些合金没有任何活动部件或旋转组件。Trygstad 说："它们的机械性能非常好，轻型致动器的开发开辟了微型机器人技术的新领域。"形状记忆合金一般不用于大规模机器人运动，因为它们的速度太慢。但在西悉尼大学的机器人中，执行器是由两根直径为 1/1000 英寸的微小形状记忆合金线制成的。只需少量电流，这些金属丝就能轻松加热和冷却，使机器人能够以每秒 40 次的速度扇动鳍或移动脚。在初步测试中，致动器还能举起超过自身重量 150 倍的物体。与其他用于使机器人移动的技术相比，SMA 技术也只需要极少量的电力或热量就能使机器人移动。未来方向与改进Trygstad 说："SMA 系统对供电系统的要求要低得多。"他是一名狂热的钓鱼爱好者，长期以来一直在观察水黾，并希望进一步研究它们的动作。虽然西悉尼大学的水黾机器人是用扁平的拍打动作来移动自己，但自然界的昆虫会用腿做更有效率的划船动作，这也是真正的昆虫能移动得更快的原因之一。研究人员希望模仿另一种昆虫，开发出一种既能在水面上也能在水面下移动的水黾型机器人。他们还在努力利用微型电池或催化燃烧技术，使机器人完全自主，不受电源束缚。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

著名天体物理学家警告马斯克：大规模移民火星计划很危险

著名天体物理学家警告马斯克：大规模移民火星计划很危险 然而，这一大胆设想并未得到所有人的认同。英国皇家学会前主席、著名天体物理学家马丁·里斯对马斯克的火星移民计划提出了批评。里斯认为，这类宏大的太空计划更应该由私人个体而非政府机构来推动，因为与地球上面临的紧迫问题相比，将大量资源投入火星城市建设似乎更像是一种危险的幻想。里斯将马斯克描述为一位“非凡的人物”，同时也承认他的个性“相当奇特”。尽管如此，里斯并不认同马斯克构建火星城市的设想。里斯强调，太空探索中的实际任务和探索应该主要由机器人来完成，而只有那些对风险有高度容忍度的人，才应该考虑亲自前往太空，并且这样的冒险应当由私人资金而非公共资金来支持。里斯进一步指出了长期太空旅行所面临的诸多挑战，包括生理限制和宇宙辐射等。他主张，在冒险进行雄心勃勃的太空探索之前，人类应该更加谨慎，并优先解决地球上的问题。早在2021年，里斯就对火星殖民的可能性表示了怀疑，他特别指出了火星的恶劣环境。他认为，在火星那样一个缺乏必要生命支持系统的星球上建立永久殖民地，不仅需要解决无数的技术难题，还要面对巨大的生态风险。因此，他主张在追求太空梦想的同时，更应该关注并解决地球当前面临的问题，确保人类能够在自己的家园上持续繁荣与发展。 ... PC版： 手机版：

藻类细胞被招募来充当治疗肠道疾病的机器人

藻类细胞被招募来充当治疗肠道疾病的机器人 每个微型机器人都由一个海藻细胞（绿色）和抗炎纳米粒子（红色）组成。首先，什么是炎症性肠病？实际上，它是两种消化道自身免疫性疾病的统称，即克罗恩病和溃疡性结肠炎。虽然这两种疾病的确切病因还不完全清楚，但人们认为它们是由于人体免疫系统对入侵的病毒或细菌做出了不当反应而引起的。这种有缺陷的反应会导致被称为巨噬细胞的免疫细胞产生过量的致炎蛋白质，这种蛋白质被称为促炎细胞因子这种情况发生在结肠（又称大肠）内。然后，这些细胞因子转而与巨噬细胞上的受体结合，引发它们产生更多的细胞因子。由此造成的恶性循环会使结肠无限期地发炎，导致腹泻、直肠出血、腹痛、疲劳和体重减轻等症状不断出现。海藻机器人旨在打破这种恶性循环。这些微型机器人由加州大学圣迭戈分校的科学家们创造，每个机器人都是一个活的绿藻细胞，表面覆盖着由生物可降解聚合物制成的纳米颗粒。每个纳米颗粒上又覆盖着巨噬细胞膜。该图说明了微型机器人是如何被运送到结肠的患者（会）先吞下一粒胶囊，里面装满了悬浮在载液中的微型机器人。由于其配方，胶囊的外壳在胃中保持完整，直到达到结肠的中性 pH 值才会溶解。一旦溶解，微型机器人就会释放出来。海藻细胞/机器人游过结肠，彻底分散到整个器官中。结肠中的细胞因子会与机器人上的纳米颗粒结合。这是因为细胞因子将这些颗粒误认为是巨噬细胞，因为它们包裹着巨噬细胞膜。不过，由于纳米粒子不是巨噬细胞，因此不会触发它们产生更多的细胞因子。因此，结肠中的细胞因子数量会逐渐被纳米颗粒"耗尽"，从而减轻炎症，使受损组织得以愈合。在对患有肠易激综合症的小鼠进行测试时，发现微型机器人可以减少直肠出血、改善粪便稠度、扭转体重下降趋势并减轻结肠炎症。更重要的是，啮齿动物没有表现出任何副作用。目前正在计划对人类进行临床试验。与约瑟夫-王（Joseph Wang）教授共同领导这项研究的张良芳教授说："这种方法的优点是不需要药物。我们只是利用天然细胞膜来吸收和中和促炎细胞因子"。Zhang 和 Wang 以前曾利用藻类细胞微型机器人治疗肺炎。有关他们目前研究的论文最近发表在《科学机器人学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

微型机器人游入海洋 捕捉微塑料和细菌

微型机器人游入海洋 捕捉微塑料和细菌 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 观看它们成群结队下水工作的视频：据《ACS Nano》杂志报道，研究人员制造出了微小的磁珠，它们能在受污染的水中成群飞舞，捕捉微塑料和细菌等污染物。微塑料的尺寸为 5 毫米或更小，这给塑料污染问题增添了另一个层面，因为动物可以吃这些微塑料，从而可能受到伤害，或将微粒带入食物链，最终进入人类体内。到目前为止，人们还不完全了解微塑料对人类健康的影响。然而，微塑料本身并不是唯一令人担忧的问题。这些碎片会吸引细菌，包括病原体，这些细菌也会被摄入。为了同时清除水中的微生物和塑料，马丁-普梅拉及其同事转而使用微型机器人系统，该系统由许多小部件组成，模仿自然界的鱼群（如鱼群）协同工作。为了清洁水源，研究人员设计了成群的微小球形机器人，它们可以收集细菌和小块塑料。资料来源：美国化学学会为了制造这种机器人，研究小组将带正电荷的聚合物股与磁性微粒连接起来，磁性微粒只有在暴露于磁场时才会移动。从磁珠表面辐射出来的聚合物链既能吸引塑料，也能吸引微生物。单个成品机器人的直径为 2.8 微米。当暴露在旋转磁场中时，机器人就会聚集在一起。研究人员发现，通过调整自组织成扁平集群的机器人数量，他们可以改变蜂群的运动和速度。为了清洁水源，研究人员设计了成群的微小球形机器人（浅黄色），它们可以收集细菌（绿色）和小块塑料（灰色）。来源：改编自 ACS Nano 2024，DOI: 10.1021/acsnano.4c02115在实验室实验中，研究小组通过在水箱中加入荧光聚苯乙烯珠（1 微米宽）和活跃游动的铜绿假单胞菌（可引起肺炎和其他感染），复制了环境中的微塑料和细菌。接下来，研究人员在水箱中加入微型机器人，并将其置于旋转磁场中 30 分钟，每 10 秒钟开关一次。机器人的浓度为每毫升 7.5 毫克，这是测试的四种浓度中最密集的一种，捕获了大约 80% 的细菌。同时，在相同的浓度下，游离塑料珠的数量也逐渐减少，因为它们被吸引到了微型机器人上。随后，研究人员用永久磁铁收集机器人，并使用超声波将附着在机器人上的细菌分离出来。然后，他们将去除的微生物暴露在紫外线辐射下，完成了消毒。当再次使用时，经过消毒的机器人仍能拾取塑料和微生物，尽管两者的数量都较少。研究人员指出，这种微型机器人系统为清除水中的塑料和细菌提供了一种很有前景的方法。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

物理学家发明测量单个原子三维位置的巧妙新方法

物理学家发明测量单个原子三维位置的巧妙新方法 新方法可通过单个图像确定原子的所有三个空间坐标。这种由波恩大学和布里斯托尔大学开发的方法是基于一种巧妙的物理原理。这项研究最近发表在专业期刊《物理评论 A》上。测量第三维度的挑战在生物课上用显微镜观察过植物细胞的人可能都能回忆起类似的情形。很容易看出，某个叶绿体位于细胞核的上方和右侧。但它们是否位于同一平面上呢？然而，一旦调整显微镜的焦距，就会发现细胞核的图像变得更加清晰，而叶绿体的图像却变得模糊不清。其中一个一定比另一个高一点，一个比另一个低一点。不过，这种方法无法精确显示它们的垂直位置。实际情况就是这样：各种"哑铃"的旋转方向不同，表明原子位于不同的平面上。图片来源：IAP/波恩大学如果要观察单个原子而不是细胞，原理也非常相似。所谓的量子气体显微镜可用于此目的。它可以直接确定原子的 x 坐标和 y 坐标。然而，要测量其 Z 坐标（即到物镜的距离）则要困难得多：为了确定原子位于哪个平面上，必须拍摄多幅图像，并在不同平面上移动焦点。这是一个复杂而耗时的过程。把圆点变成哑铃波恩大学应用物理研究所（IAP）的 Tangi Legrand 解释说："我们现在已经开发出一种方法，可以一步完成这一过程。为了实现这一目标，我们使用了一种早在上世纪 90 年代就已在理论上被人们所熟知，但尚未在量子气体显微镜中使用过的效应"。要对原子进行实验，首先必须将其大幅冷却，使其几乎不动。然后，可以将它们困在激光的驻波中。然后，它们就会滑入波谷中，就像鸡蛋坐在鸡蛋盒里一样。一旦被困住，为了显示它们的位置，就将它们暴露在另一束激光下，这束激光会刺激它们发光。由此产生的荧光在量子气体显微镜下显示为一个略微模糊的圆形斑点。量子气体显微镜产生的原子图像通常是一个圆形、略微模糊的斑点。研究人员将其扭曲成哑铃状（图片显示的是理论预测）。哑铃指向的方向表示 z 坐标。图片来源：IAP/波恩大学安德烈亚-阿尔贝蒂博士解释说："我们现在已经开发出一种特殊的方法，可以使原子发出的光的波面变形。变形的波面在照相机上产生了一个围绕自身旋转的哑铃形状，而不是典型的圆形斑点。这个哑铃指向的方向取决于光线从原子到照相机的距离"。这位研究员目前已从 IAP 转到位于加兴的马克斯-普朗克量子光学研究所，他也参与了这项研究。"因此，哑铃的作用有点像罗盘上的指针，让我们可以根据它的方向读出z坐标，"迪特尔-梅斯赫德（Dieter Meschede）博士说。波恩大学跨学科研究领域"物质"的成员之一。对量子力学实验非常重要通过这种新方法，只需一张图像就能精确测定原子在三维空间中的位置。例如，如果你想用原子进行量子力学实验，这一点就非常重要，因为通常必须能够精确控制或跟踪原子的位置。这样，研究人员就可以使原子以所需的方式相互影响。此外，这种方法还可用于帮助开发具有特殊特性的新型量子材料。布里斯托尔大学的 Carrie Weidner 博士解释说："例如，我们可以研究原子按一定顺序排列时会产生哪些量子力学效应。"这将使我们能够在一定程度上模拟三维材料的特性，而无需合成它们"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

物理学家提出广义相对论的修正方案 解释引力在宇宙尺度上稍稍减弱的奇特现象

物理学家提出广义相对论的修正方案 解释引力在宇宙尺度上稍稍减弱的奇特现象 在过去的 100 年里，物理学家一直依靠阿尔伯特-爱因斯坦的"广义相对论"来解释引力如何在整个宇宙中起作用。广义相对论被无数次试验和观测证明是准确的，它表明引力不仅影响三个物理维度，还影响第四个维度：时间。该项目的第一作者、滑铁卢数学物理系应届毕业生罗宾-温（Robin Wen）说："这个引力模型对于从宇宙大爆炸理论到拍摄黑洞的所有工作都至关重要。""但是，当我们试图理解宇宙尺度上的万有引力时，在星系团甚至更远的尺度上，我们遇到了与广义相对论预言明显不一致的地方。就好像引力本身不再完全符合爱因斯坦的理论一样。我们把这种不一致称为'宇宙故障'：当距离达到数十亿光年时，引力会变弱约百分之一。"二十多年来，物理学家和天文学家一直在努力创建一个数学模型，以解释广义相对论明显不一致的地方。滑铁卢大学在应用数学家和天体物理学家的跨学科合作下，开展了长期的尖端引力研究。滑铁卢大学天体物理学教授、外围研究所研究员尼耶什-阿夫肖迪（Niayesh Afshordi）说："近一个世纪前，天文学家发现我们的宇宙正在膨胀。星系距离越远，移动速度越快，以至于它们似乎以接近光速的速度移动，而这正是爱因斯坦理论所允许的最大速度。我们的发现表明，在这些尺度上，爱因斯坦的理论可能也是不够的。"研究小组的"宇宙故障"新模型修改并扩展了爱因斯坦的数学公式，在不影响广义相对论现有成功应用的情况下，解决了一些宇宙学测量不一致的问题。"把它想象成爱因斯坦理论的脚注，"温说。"一旦达到宇宙尺度，就会出现条件。这个新模型可能只是我们开始跨越时空解开宇宙谜题的第一条线索。温这项题为"引力中的宇宙故障"的研究发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上。DOI: 10.1088/1475-7516/2024/03/045编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：