科学家用植物水凝胶制造可导航、可改变形状的微型机器人

科学家用植物水凝胶制造可导航、可改变形状的微型机器人与刚性微型机器人不同，软性微型机器人对组织更友好，因为它们可以轻松通过或挤入生物系统。然而，挑战在于如何制造出能够感知和适应环境的软微型机器人，而且由于它们是异物，不会引发免疫反应。英国滑铁卢大学（UniversityofWaterloo）的研究人员开发了一种生物相容性植物水凝胶，用于制造可导航的微型机器人，这种机器人能够根据外部化学刺激改变形状。该研究的通讯作者哈迈德-沙沙万（HamedShahsavan）说："在我的研究小组中，我们正在连接新与旧。"我们利用水凝胶、液晶和胶体等传统软物质，推出了新兴的微型机器人。"这种微小的软机器人最长只有0.4英寸（1厘米），由先进的水凝胶复合材料制成，其中包括可持续的、植物提取的纤维素纳米颗粒。除了具有生物相容性和无毒性外，这种材料还能自我修复；它可以切割，然后再粘合在一起，无需胶水或其他粘合剂，就能形成不同的形状，用于不同的应用。当受到化学刺激时，水凝胶会改变形状，研究人员可以随意调整纤维素纳米粒子的方向，从而"编程"机器人的形状变化，这对于软体机器人来说是一项重要的能力。研究人员设计并测试了两个具有pH响应的小型机器人。第一个机器人能够在pH值的触发下抓取、转移和释放球形或不规则的软生物货物。第二个机器人可以利用磁场通过远程导航在迷宫中转移轻型货物，如下面滑铁卢工程公司制作的视频所示。完成迷宫后，盐酸会使机器人展开并放下货物。研究人员说，水凝胶的pH响应特性意味着微型机器人有可能用于原生pH值较高的人体器官，并有能力耐受酸性pH环境，如膀胱。研究人员计划改进他们的设计，然后在实际应用中进行测试，包括开发一种机械性能更强的水凝胶配方，以提高承载能力。他们还计划将机器人微型化到纳米级尺寸，以便用于治疗或诊断。这种植物基水凝胶的开发标志着人们不再使用由天然聚合物组成的水凝胶，其中一种天然聚合物是从动物组织中提取的明胶。在最近的另一项研究中，来自新南威尔士大学悉尼分校（UNSW）的研究人员创造了一种实验室制造的水凝胶，这种水凝胶模仿人体组织，具有抗菌和自我修复功能，但不使用动物产品。该研究的第一作者阿什利-阮（AshleyNguyen）说："天然水凝胶在社会中广泛使用，从食品加工到化妆品，但需要从动物身上采集，这就带来了伦理问题。另外，动物提取的材料用于人体也有问题，因为会产生负面的免疫反应"。新南威尔士大学的研究人员转而使用所谓的"色氨酸拉链"（或称Trpzip）来制造水凝胶，Trpzip是含有多个色氨酸的氨基酸短链，可作为拉链促进自组装。新南威尔士大学的Trpzip水凝胶不含动物产品图/新南威尔士大学悉尼分校"我们认为，Trpzip水凝胶和类似材料将为动物源性产品提供更统一、更具成本效益的替代品，"该研究的通讯作者克里斯托弗-基利安（KristopherKilian）说。"如果我们的材料能减少科学研究中使用的动物数量，那将是一个巨大的成果。"滑铁卢大学的研究和新南威尔士大学的研究均发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391889.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391889.htm

美国科学家成功研发水陆两栖机器人：海龟见了想认亲

美国科学家成功研发水陆两栖机器人：海龟见了想认亲与常见的水陆两栖移动工具不同，ART能够在水陆两种环境中行动，靠的可不是两套完全不同的动力推进系统，而是可以在腿与脚蹼之间变形的四肢，这种能力被研究人员称为“自适应形态建成”。而其设计灵感就来自于陆龟+海龟，该项目的首席研究院表示：“陆龟和海龟有着相似的身体，都有四肢和一个壳，但为了适应特定的生存环境，它们有独特的四肢形状和步态。海龟为了在水中游泳和划水，四肢长有像鱼鳍一样扁平而细长的脚蹼；陆龟为了在地面行走并支撑起龟壳的重量，四条腿生的粗壮而结实，脚上还有圆圆的脚趾。”于是科研人员将二者结合起来，用特殊的材料制造了可以根据所处环境改变形态的四肢，同时还能调整软硬度和动作，实现陆地行走和水中怕打游泳的效果，可以灵活地在复杂的水下环境中移动并从事环境监测等工作，研究人员希望未来它能在科学研究和救援等方面做出贡献。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342333.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342333.htm

生物学家从精子细胞的游泳行为中发现新的遗传变异

生物学家从精子细胞的游泳行为中发现新的遗传变异这项研究以精子细胞的游泳行为为中心，首次确立了突变对精子行为的直接影响，并表明基于精子行为的筛选的发展和应用可以提高它们所携带的遗传基因的质量。雄性Astyanaxmexicanus（洞穴盲鱼）资料来源：纽约大学理查德-博洛夫斯基"直到现在，占主导地位的观点是，游泳行为的这种变化反映了雄性的整体遗传学，而不是单个精子细胞的可变遗传学，"纽约大学生物系名誉教授、该论文的资深作者RichardBorowsky解释说，该论文将于今天（11月11日）发表在《科学报告》杂志上。"这项研究首次证明遗传差异可以直接影响精子细胞的游泳行为"。他补充说，这种更全面的掌握可能会提供更多关于异常精子细胞对后代的影响的知识，特别是出生缺陷。这项工作包括纽约大学在研究时的研究生、现在中国杭州西湖大学的陈海宁，重点研究雄性鱼特别是Astyanaxmexicanus洞穴盲鱼的精子细胞。该研究比较了正常鱼的精子细胞和精子生产被人为地变异的鱼的精子细胞。这使科学家们能够确定可能改变精子在使卵子受精的比赛中的机会的行为和形态特征。单个游动精子在一秒钟内的路径，说明单个精子在游动速度和曲率方面的巨大差异。资料来源：纽约大学理查德-博洛夫斯基他们的研究结果显示，正常样本和变异样本之间的鞭毛长度没有差异--这种毛发状的附属物在它们游向卵子时推动它们。然而，与正常样本相比，变异样本的速度或游动速度有更大的变化--这意味着在许多情况下，变异样本的游动速度比正常样本低或快。总的来说，虽然两种类型的精子细胞看起来相似，但它们的行为却有很大的不同，而且是在关键阶段。这些发现为繁殖的本质提供了额外的见解。长期以来，由于男性之间的遗传差异，来自不同男性的精子在特征上有所不同。这项研究确定，来自同一男性的不同精子在其特征上有所不同，因为它们的基因载荷不同。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332533.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332533.htm

科学家发现姥鲨通过在巨大的圆圈中游泳来选择伴侣

科学家发现姥鲨通过在巨大的圆圈中游泳来选择伴侣尽管吃浮游生物的姥鲨是仅次于鲸鲨的世界第二大滤食鲨，但它的大部分生活却无法被观察到。然而现在，研究人员已经确定，这些通常独来独往的动物通过“聚会”和相互环绕来寻找伴侣，形成水下的鲨鱼圈。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1314601.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1314601.htm

研究人员制作出史上最快的游泳软体机器人“Butterfly bots”

研究人员制作出史上最快的游泳软体机器人“Butterflybots”"迄今为止，游泳软体机器人的游泳速度还不能超过每秒一个身位，但是海洋动物--比如蝠鲼--能够游得更快，而且效率更高，"关于这项工作的论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系副教授JieYin说。"我们想借鉴这些动物的生物力学，看看我们是否能开发出更快、更节能的软体机器人。我们开发的原型工作得特别好。"受蝠鲼生物力学的启发，北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出一种节能的软体机器人，其游泳速度比以前的游泳软体机器人快四倍以上。这些机器人被称为"蝴蝶机器人"，因为它们的游泳动作类似于人在进行蝶泳时手臂的运动方式。研究人员开发了两种类型的蝴蝶机器人。一种是专门为速度而设计的，能够达到每秒3.74个身位的平均速度。第二种被设计成高度机动性，能够向右或向左急转。这个可操作的原型能够达到每秒1.7个身位的速度。"研究空气动力学和生物力学的研究人员使用一种叫做斯特劳哈尔数（Strouhal）的概念来评估飞行和游泳动物的能量效率，"该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的新近博士毕业生YindingChi说。"当动物游泳或飞行时，Strouhal数在0.2和0.4之间，推进效率达到峰值。我们的两个蝴蝶机器人的Strouhal数都在这个范围内。"蝴蝶机器人的游泳动力来自它们的翅膀，它们的翅膀是"双稳态的"，这意味着翅膀有两种稳定状态。翅膀类似于一个扣式发夹，发夹在两种状态下都可以保持稳定的，在施加一定量的能量（通过弯曲它）之前和之后，当能量达到临界点时，发夹就会稳定地形成两种不同的形状。在蝴蝶机器人中，受发夹启发的双稳态翅膀被连接到一个柔软的硅胶体上。用户通过将空气注入软体内部的腔室来控制翅膀在两种稳定状态之间的切换。当这些腔室充气和放气时，机身就会上下弯曲--迫使机翼随之来回摆动。"以前开发扑翼机器人的大多数尝试都集中在使用电机直接向双翼提供动力。我们的方法使用双稳态翼，通过移动中心体被动地驱动。这是一个重要的区别，因为它允许简化设计，从而降低了重量"。研究人员表示。更快的蝴蝶机器人只有一个"驱动单元"，这使得它虽然游速非常快，但很难向左或向右转弯。可操控的蝴蝶机器人本质上有两个驱动单元，它们并排连接。这种设计允许用户操纵两边的翅膀，或者只"扇动"一个翅膀，这就是使它能够进行急转弯的原因。"这项工作是一个令人兴奋的概念证明，但它有局限性，"研究人员称，"最明显的是，目前的原型被细长的管子拴住了，这是我们用来将空气泵入中央机构的。我们目前正在努力开发一个无拴的、自主的版本。"这篇题为"高速高效、类似蝶泳的软体游泳器的系留"的论文将于11月18日发表在开放获取的《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333247.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333247.htm

机器人测试显示"末日冰川"Thwaites的融化速度比科学家想象的快

机器人测试显示"末日冰川"Thwaites的融化速度比科学家想象的快这的确是一个可怕的消息，但研究人员收集的数据将帮助他们建立更好的模型来预测斯怀特的变化。这些更好的模型也将有助于更好地预测如果它真的崩塌，海平面可能如何上升。这些数据是由一个名为Icefin的11英尺的小型管状机器人收集的。早在2020年，研究人员在冰上钻了一个近2000英尺深的洞，让Icefin可以轻松进入斯怀茨冰川最关键的一个点-它与阿蒙森海的交汇处，那里的冰开始漂浮。在这一点上收集的数据是研究人员确定末日冰川正在迅速融化的方法。根据本周发表在《自然》杂志上的两篇论文，Icefin发现，冰川已经退到了海底，并开始在底部变薄。这种变薄正在导致末日冰川迅速向外融化。除此之外，这个11英尺长的机器人还发现，冰上的裂缝正在将温暖的洋流漏入，使冰川的某些部分更容易快速融化。正如在上面提到的，这个消息是不祥的，特别是许多科学家警告说，如果不采取果断的行动，我们就无法阻止全球海平面的快速上升。但也有一个好消息，变薄的基底没有像模型预测的那样快速融化，但这些观察末日冰川融化方式的新方法将有望帮助我们了解融化发生的位置。天文学和地球与大气科学副教授布兰妮-施密特说，了解冰川在哪里融化与它融化的程度同样重要。Icefin使科学家能够进入其他观测工具无法到达的点，从而能够更清晰地了解末日冰川是如何融化的。国际Thwaites冰川合作组织（ITGC）说，自20世纪90年代以来，Thwaites的接地线已经后退了近9英里。因此，从这个75英里宽的地区流出的冰量几乎增加了一倍。按照这个速度，如果末日冰川真的融化并崩塌入海，它可能使海平面增加1.5英尺以上，造成全球范围内的混乱。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345021.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345021.htm