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（ConorTrygstad）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NéstorO.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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419851.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419851.htm

科学家创造出带有人类肌肉基因的酵母

科学家创造出带有人类肌肉基因的酵母生物技术专家PascaleDaran-Lapujade及其代尔夫特理工大学的团队成功地将人类肌肉基因插入到面包酵母的DNA中。这是科学家们首次有效地将人类的一个关键特征插入到酵母细胞中。他们的研究已于最近发表在《CellReports》上。Daran-Lapujade的实验室向酵母细胞引入了一种特性，这种特性由人类无法离开的10个基因集合所调控；它们携带着一种被称为代谢途径的过程的蓝图，这种代谢途径分解糖来收集能量并在肌肉细胞内产生细胞构建块。由于这一机制涉及许多疾病--包括癌症，所以修改后的酵母可以用于医学研究。Daran-Lapujade说道：“现在我们了解了整个过程，医学家们可以将这种人性化的酵母模型作为药物筛选和癌症研究的工具。”人类和酵母是相似的根据Daran-Lapujade的说法，酵母和人类之间有很多相似之处。“这似乎很奇怪，因为酵母是以单细胞形式生存的，而人类由一个复杂得多的系统组成，但细胞的运作方式非常相似。”因此，科学家们经常将人类基因转移到酵母中。因为酵母除去了人体中可能存在的所有其他相互作用，它创造了一个干净的环境，研究人员可以在其中分析一个单一的过程。Daran-Lapujade指出：“跟人体细胞或组织相比，酵母是一种神奇的生物体，因为它的生长简单且它的遗传易得性：它的DNA可以很容易地被修改以解决基本问题。许多关键性的发现如细胞分裂周期都是由于酵母而被阐明的。”人性化的酵母Daran-groupLapujade's之前成功地设计了人工染色体，其被作为一个DNA平台运作以在酵母中构建新功能。他们想测试一下，加入几个人类基因和完整的代谢途径，他们能走多远，细胞是否还能作为一个整体运作。“如果我们把控制人类肌肉的糖分消耗和能量生产的同一组基因加入到酵母中会怎么样？”Daran-Lapujade提问道，“我们能在酵母中把这样一个重要而复杂的功能人性化吗？”对于博士生和共同第一作者FrancineBoonekamp和EwoutKnibbe来说，工程化的酵母出奇地简单。“我们不只是将人类基因移植到酵母中，我们还删除了相应的酵母基因并用人类肌肉基因完全取代它们。你可能认为你不可能将酵母的版本跟人类的版本进行交换，因为在人类和酵母细胞中，这是一个如此特殊和严格调节的过程。但它像一个魅力一样发挥作用！”Daran-Lapujade解说道。进一步的人性化通过跟BarbaraBakker教授的实验室（格罗宁根大学医学中心）的合作，研究人员利用了实验室培养的人类组织细胞以比较了人类基因在酵母中的表达和在原生人类肌肉环境中的表达。在酵母中产生的人类酶和在其原生人类细胞中产生的人类酶的特性非常相似，这支持了新的人源化酵母作为人类细胞模型的价值。这一个过程只是人类新陈代谢的一小部分。酵母和人类细胞之间还有许多类似的过程，可以在人源化酵母中进行研究。虽然Daran-Lapujade专注于工程酵母的基础和技术方面，因此不打算自己研究人源化酵母的应用，但她希望跟其他有兴趣使用该工具的科学家进行合作。“这只是一个起点，我们可以...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1301605.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1301605.htm

科学家从干细胞中创造出类似人类胚胎的模型

科学家从干细胞中创造出类似人类胚胎的模型但这一关键时期在很大程度上仍未被科学家和医生研究，因为胚胎仍然太小，无法在活体患者身上观察。接受试管婴儿的病人的捐赠可用于研究，但供应有限，而且要遵守严格的伦理法规。现在，剑桥大学和加州理工学院的科学家们已经开发出了新的人类胚胎3D模型，该模型由干细胞培育而成，以一种可以在实验室中轻松研究的方式模拟了第9天和第14天之间的发育。这个窗口以前只能在动物细胞中研究。图为由干细胞培育出的人类胚胎样模型在发育的第四天。该研究的主要作者MagdalenaZernicka-Goetz教授说："我们的人类胚胎样模型完全由人类干细胞创建，使我们能够在通常情况下由于小胚胎植入母亲的子宫而被隐藏的阶段看到发育结构。这一令人兴奋的发展使我们能够在一个模型系统中操纵基因以了解它们的发育作用。这将让我们测试特定因素的功能，这在自然胚胎中很难做到"。这些模型包含制造人类胚胎所需的大部分细胞，包括最终将形成自己的精子或卵子的生殖细胞的前体。它们还包含支持胚胎的细胞，包括那些继续形成胎盘、卵黄囊和羊膜囊的细胞。然而，出于道德原因，这些模型被制成缺少大脑和心脏跳动的细胞，因此它们不能发育到14天以上。这是为了遵守目前在实验室中培养人类胚胎的法律限制。这一里程碑是Zernicka-Goetz和她的团队十年来逐步改进小鼠胚胎模型的工作成果。其他研究人员，包括来自以色列魏茨曼科学研究所的一个团队，也将小鼠胚胎模型推到了心脏细胞跳动的程度。多个团队在这一领域的工作不断增加，可能有助于提高寻求受孕的夫妇的存活率，更好地治疗遗传疾病，以及用于移植的实验室培育的器官。这项新研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367837.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367837.htm

科学家借助仿生学意外地创造出世界上最轻的涂料

科学家借助仿生学意外地创造出世界上最轻的涂料以孔雀的羽毛为例。孔雀羽毛中的亚显微脊线和轮廓会使光线发生衍射，从而产生我们所看到的彩虹色和绿色。这种自然色彩被称为结构性色彩。中佛罗里达大学的科学家们已经开发出一种"独一无二"的涂料，模仿我们在自然界看到的结构性色彩。研究报告《超轻质子结构颜色涂料》的共同作者DebashisChanda和他的团队无意中发现了这一发现。最初的目标是使用电子束蒸发器制作一个长的连续铝镜。然而，在无数次失败的尝试之后，他们注意到铝结成一团，形成微观的"纳米岛"。这种结块使镜子无法形成镜子所需的高反射率表面。放大10倍的孔雀羽毛的丝状物。图片来源：WaldoNeil然而，他注意到，当环境光照射到纳米颗粒时，铝的电子变得激动起来，导致它们振荡。此外，电子与不同波长的光发生共振，这取决于纳米粒子的大小。白光打在不平坦的表面上，在最后反射成单一颜色之前，在其脊背上反弹。Chanda说："只要改变纳米粒子的尺寸，你实际上就可以创造出所有的颜色。"因此，该团队开始努力创造各种颜色的涂料，在双面镜中生长铝纳米片，然后专门将它们"溶解"成糖粉一样的灰尘。然后，他们将各种颜色的材料与粘合剂混合，制成涂料。由于其结构性质，只需要一个非常薄的涂层就可以给一个表面着色。他说，一滴葡萄干大小的涂料就能涂满一扇门的两面。这一特性使其成为超轻产品，这对航空业可能有极大帮助。一架波音747需要大约1000磅的油漆。Chanda估计，用他的团队的结构性颜色涂抹一架喷气机，只需要不到三磅，可以节省超过997磅的重量。这对于一个重量仅在100万磅以南的飞机来说，可能看起来并不重要。然而，仅仅节省一点重量，就可以转化为大量的燃料节省。国际航空贸易协会的发言人说："鉴于燃料已经是最大的一笔运营费用[去年约占30%]，航空公司总是对提高燃料效率感兴趣。"例如，美国航空公司估计，通过从其飞机上删除仅67磅的飞行员手册，它每年就节省了40万加仑的燃料和120万美元，通过改用较轻的油漆，从其737飞机上减去62磅，在2021年又节省了30万加仑。这种油漆的另一个优势是它的耐久性。由于太阳的氧化作用，航空公司每年最多重新给飞机喷漆四次。结构性颜色在阳光下不会褪色，这意味着只有当想改变颜色时才需要重新喷漆。油漆的最后一个特性使它有助于保持凉爽的环境。大多数飞机是白色的，以尽可能多地反射光线。吸收的红外辐射会被截留，使内部更加温暖。自然界有各种方法来增加颜色。结构散射是昌达的油漆所使用的机制。在蝴蝶翅膀（和孔雀羽毛）中发现的片状纳米结构散射入射光的蓝色成分，产生其特有的金属蓝色。初步测试表明，该团队的着色剂比传统油漆保持20-30华氏度的表面温度，无论颜色如何。它是喷涂飞机、汽车、房屋和其他建筑物的理想选择。如果它能将室内温度降低哪怕15度，就能节省大量用于空调的能源。研究人员现在面临的唯一问题是可扩展性。他们拥有制造小瓶的设备，但必须生产更多的小瓶才能真正实现商业化。该实验室正在寻求商业伙伴，以帮助将该涂料推向市场。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350927.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350927.htm

日本科学家创造出遥控半机械蟑螂

日本科学家创造出遥控半机械蟑螂日本研究人员近日设计了一个用于制造遥控半机械蟑螂的系统，该系统配备了一个微型无线控制模块，该模块由连接到太阳能电池的可充电电池供电。尽管有机械装置，但超薄的电子器件和柔性材料使昆虫能够自由移动。这些成就将有助于使半机械昆虫的使用成为实际的现实。由日本理化学研究所（RIKEN）先锋研究集群（CPR）的研究人员领导的一个国际团队9月5日在科学杂志《npj-柔性电子》上报告了这项成果。科学家们一直在尝试设计半机械昆虫来帮助检查危险区域和监测环境。然而，为了使半机械昆虫的使用具有实用性，处理者必须能够长时间远程控制它们。这就需要对它们的腿部部分进行无线控制，由一个微小的可充电电池供电。保持电池充足的电量是至关重要的--没有人希望有一群突然失去控制的半机械蟑螂在周围游荡。虽然可以建造为电池充电的对接站，但返回和充电的需要会扰乱时间敏感的任务。因此，一个最佳的方法是包括一个机载太阳能电池，可以持续确保电池保持充电状态。当然，所有这些都是说起来容易做起来难。为了成功地将这些设备集成到表面积有限的蟑螂身上，工程团队需要开发一个特殊的背包和超薄的有机太阳能电池模块。他们还需要一个粘附系统，以保持机械长时间的附着，同时还允许自然运动。在RIKENCPR的KenjiroFukuda领导下，研究小组用马达加斯加蟑螂进行了实验，这些蟑螂大约有6厘米（2.4英寸）长。他们使用一个特别设计的背包将无线腿部控制模块和锂聚合物电池安装在昆虫胸部的顶部。这是以一只模型蟑螂的身体为模型，用弹性聚合物进行3D打印。结果是一个与蟑螂的弯曲表面完全吻合的背包，使坚硬的电子设备能够稳定地安装在蟑螂胸部超过一个月。超薄的0.004毫米厚的有机太阳能电池模块被安装在腹部的背面。据Fukuda称：“安装在身体上的超薄有机太阳能电池模块实现了17.2mW的功率输出，这比目前活体昆虫上最先进的能量采集装置的功率输出大50多倍。”事实证明，超薄和灵活的有机太阳能电池，以及它与昆虫的连接方式，对于确保运动自由是必要的。在仔细研究了蟑螂的自然运动后，科学家们意识到腹部会改变形状，外骨骼的部分会重叠。为了适应这种情况，他们在薄膜上交织了粘性和非粘性部分，这使它们能够弯曲，但也能保持连接。当测试较厚的太阳能电池薄膜时，或者当薄膜被均匀地附着时，蟑螂跑相同的距离需要两倍的时间。它们在仰卧时也很难摆正自己的位置。一旦这些组件被整合到蟑螂体内，再加上刺激腿部节段的电线，新的机械人被测试。用假太阳光给电池充电30分钟，用无线遥控器让动物左右转动。“考虑到基本运动过程中胸部和腹部的变形，胸部的刚性和柔性元件以及腹部的超软装置组成的混合电子系统似乎是机械蟑螂的有效设计，”Fukuda说。“此外，由于腹部变形不是蟑螂所独有的，我们的策略可以适用于其他昆虫，如甲虫，甚至将来可能适用于像蝉这样的飞行昆虫。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312593.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312593.htm

科学家创造出一种可以拯救生命的粘液

科学家创造出一种可以拯救生命的粘液磁性粘液机器人听起来不像是有实际医疗用途的东西，而更像是电影中的生物，但这样的发明有可能被用来帮助病人。它是由一群来自中国香港的科学家创造，目的是在整个身体内进行操纵并能捡起要取出的物体。粘液机器人的特质是使其完美的原因。据悉，它是由一种非牛顿流体制成的，为聚乙烯醇和硼砂的组合。这意味着，当受到高速力的冲击时它就像一个固体物体。在较慢的力作用下，它作为一种液体。这使它成为在身体无数细小的角落和缝隙中航行的理想选择。用一个完全固体的工具把物体从身体里取出来要困难得多。不过有了可塑性强的东西如磁性粘液机器人，它可以更容易地完成任务。它被称为“磁性”，因为它可以由磁铁控制，从而使医生能让粘液直接去它需要的地方。然后粘液可以到达并包裹住物体并将它们移出身体。粘液机器人如何在医学上使用创造粘液机器人的研究人员建议，这项技术的主要用途是在消化系统内。这样，它可以被用来捡起被吞下并需要从体内取出的异物。这方面的一个例子是防止诸如电池等物体的伤害。电池的泄漏是有毒的，但如果粘液能够捕获并包裹它，这将防止任何化学物质在体内造成破坏。然而磁性粘液机器人仍存在一些问题。而且这个概念还没有经过测试。一个问题是，粘液上的涂层是由二氧化硅制成的，这跟物品上那些旨在保持新鲜的小包装中的材料相同，上面总是写着“请勿食用”。这是因为它们对人体有毒。假设让二氧化硅包裹的粘液在体内停留很短的时间会更安全，如果有一个更有可能造成伤害的异物这可能是值得的。磁性粘液机器人需要在医疗环境中进行测试以便在未来使用，但目前还没有计划这样做。不过在未来，这种粘液可以拯救一些人的生命也不是完全不可能。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1301767.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1301767.htm