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环球科学:破纪录,一跳可达10层楼高的机器人

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发表于 2022-4-28 20:24:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
  · 机器人 ·

  一跳30米高的机器人

  跳跃能力极强的机器人(图片、视频来源:Elliot W. Hawkes)

  近日,《自然》发表的一项研究展示了一款跳跃能力极强的机器人。该机器人仅30厘米高,30克重,但能够跳跃32.9米高,超过自身高度的100倍。这样的跳跃能力超越了目前几乎所有的跳跃型机器人。

  动物最大跳跃高度受限于其肌肉单次动作做的功。然而,这款跳跃机器人有一个旋转电机,能够在跳跃前多次转动,并将能量储存在弹簧和橡皮圈中,从而跳得更高。研究者表示,在地球上,跳跃机器人可以越过较高的障碍物,收集下方地面图像。而在引力更弱的月球上,它可以跳跃至125米高,一次跳跃就能穿越500米的距离,或可用于地形的勘探调查。

  · 物理学 ·

  首次实现超导体单向导电

  超导芯片想象图(图片来源:TU Delft)

  构建计算机等电子设备的一个关键环节是实现电流的单向传输,半导体内部的PN结打破了对称性,很容易实现单向导电。但超导体在没有外部磁场的情况下,没有打破对称性的机制,因而难以实现单向导电,而运用于实际电子设备中。近日发表于《自然》的一项研究中,研究人员实现了超导体不借助外部磁场的单向导电,这对普及超导的应用有重要意义。

  研究人员从量子材料Nb3Br8上剥离几个原子厚的薄层,形成一种二维材料,并在此基础上首次制造出了约瑟夫森二极管。研究人员把这种材料放置在两个超导体之间,实现了电流的单向传输。研究人员表示,这项成果有助于将超导技术应用到实际的计算机中,理论上可以大大提高计算速度。

  · 生物工程 ·

  1周内将PET塑料完全分解的酶

  48小时内,FAST-PETase将PET塑料容器完全降解。(图片来源:研究论文)

  聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种常见的塑料(高分子聚合物),占全球固体垃圾总量的12%。在理想情况下,这种聚合物能通过PET水解酶分解,再通过化学方法重新聚合转变为其他类型的塑料。但酶的活性会受到温度、pH值的限制,降解PET的能力会受到极大的影响。在一篇新发表于《自然》的研究中,研究人员开发了一种新的PET水解酶,能在1周内降解50多种无需预处理的PET材料。

  研究人员通过机器学习模型,将天然的PET水解酶上5个位点的氨基酸进行替换(N233K、R224Q、S121E、D186H和R280A),获得了一种突变型PET水解酶FAST-PETase。相比于天然的PET水解酶和其他工业酶,这种酶有极强的降解PET的能力和稳定性,能在30~50℃和一定的pH值范围内发挥作用。研究人员发现在这种酶的处理下,51种未经预处理、不同形态的PET塑料容器能在1周之内被完全降解。这也是首个能在低于50℃的温度下高效运转的酶,或有望促进PET类塑料垃圾的处理和循环利用。

  · 动物学 ·

  血虫的“铁齿铜牙”

  来源:Matter/Wonderly et. al.

  血虫是一类居住在浅海海底的生物,具有奇特的尖牙状颚部而闻名。这种颚部由蛋白质、黑色素和铜组成。它们极其凶狠,能利用尖牙状的颚部叮咬猎物,有时会直接刺破猎物的外骨骼,将毒液注入受害者体内。近期,在一项发表于Matter的研究中,科学家揭示了血虫”铜牙“的形成过程。

  血虫一生(约5年)只会形成一次“铜牙“,因此它们的牙齿需要足够坚固、耐磨,才能伴随其度过一生。研究人员发现,血虫能产生一种富含甘氨酸和组氨酸(两种氨基酸占比超过了80%)的蛋白质,而后者具有多达6种功能。它能浓缩成一种粘稠的蛋白质液体,来富集海洋中的铜离子,促使其与水分离。随后,这种蛋白质会使用铜催化一种氨基酸衍生物DOPA转化为黑色素,并促使黑色素形成聚合物。最后,它还能通过铜离子将自身、聚合物连接起来形成”铜牙“,获得类似于人造金属的机械性能。这一发现或能启发人工材料的设计、制造和使用。

  · 物理学 ·

  超材料将光的动量减小到零

  来源:Second Bay Studios/Harvard SEAS

  近日发表于Nature Light: Science & Applications的一项研究中,研究人员模拟出一种折射率接近零的材料,它能够将入射光子的动量减小到零,从而形成一系列奇特的现象。

  光在经过狭小的双缝时会发生干涉,在后方的屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。而研究人员模拟计算了将零折射率材料放置在双缝后面会发生什么,结果发现干涉条纹消失了。另外,根据量子力学中的不确定性关系,粒子的动量越确定,它的位置就越不确定。而在零折射率材料中,我们几乎可以确定光子的动量接近于零,而它的位置则完全不确定,可能处于材料中的任何位置。研究人员表示,他们的分析有助于理解低折射率系统中光与物质的相互作用,这对激光和量子光学应用很有帮助。

  · 医学 ·

  即插即用的定制多器官组织模型

  新设计的多器官工程化组织模型只有载玻片大小(图片来源:KACEY RONALDSON-BOUCHARD/COLUMBIA ENGINEERING)

  工程化组织(engineered tissues)可以作为测试药物效力和安全性的病理模型。然而,这类模型往往需要在单一器官的组织分化环境中进行培养,这限制了它在涉及多个器官的疾病中的应用。近日,《自然·生物工程》杂志的封面论文为此提供了新的思路。

  研究者设计了一种载玻片大小的多器官培养片,上面负载了人类心脏、骨、肝、皮肤四种工程化组织模型。模型间以同一套血液供应系统联接,可共享循环血中的免疫细胞等成分。同时各个模型间又以上皮细胞屏障隔开,以维持其组织特异性分化所需的环境。该多器官模型可根据患者情况进行个性化设计,再现患者机体状态。研究者还设计了对应的药理学计算模型,阿霉素(doxorubicin,一种广泛使用的抗癌药物)测试结果显示,该计算模型可准确预测组织模型中的药物吸收、扩散和代谢效果,且组织模型中也准确检测到了阿霉素的心脏毒性标志物。研究者表示,这一成果为日后多器官组织模型的临床应用提供了基础。

  · 新冠疫情 ·

  截至北京时间4月28日10时,据约翰·霍普金斯大学最新统计,全球累计新冠确诊病例511 713 762例,死亡病例6 228 402例。

  根据国家卫生健康委员会官方网站的数据,4月27日0—24时,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例1503例。其中境外输入病例9例(四川3例,福建2例,北京1例,天津1例,江西1例,广东1例);本土病例1494例(上海1292例,吉林56例,北京48例,浙江46例,黑龙江11例,江西10例,内蒙古9例,山东8例,河南4例,河北2例,江苏2例,辽宁1例,湖南1例,重庆1例,四川1例,陕西1例,青海1例),含934例由无症状感染者转为确诊病例(上海858例,浙江44例,吉林27例,山东2例,辽宁1例,黑龙江1例,青海1例)。新增死亡病例47例,均为本土病例,在上海;无新增疑似病例。

  31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增无症状感染者9864例,其中境外输入73例,本土9791例(上海9330例,吉林98例,山东84例,江西79例,江苏72例,辽宁55例,浙江20例,安徽15例,河南13例,河北9例,黑龙江7例,北京2例,新疆2例,山西1例,福建1例,四川1例,贵州1例,云南1例)。

  截至2022年4月26日,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团累计报告接种新冠病毒疫苗333628.5万剂次。

  文:二七、白德凡、clefable、韩佳桐

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