像鸟儿一样飞翔的“鸽子机器人” 标题里的谜语,你猜出答案了吗?没错,就是图中这只以假乱真的鸽子机器人。 人类一直梦想可以制造出像鸟儿一样自由飞行的仿生航空器,但鸟类控制其自身飞行的生物力学和生理机制十分复杂,人类至今还不能完全模拟这种行为。 要想让机翼实现类似鸟类翅膀的灵活、多变性,就必须深刻理解鸟类骨骼和肌肉的运作方式、羽毛间的相互作用,还需要找到合适的材料。 最近发表在《科学》和《科学·机器人》上的两篇文章带给我们惊喜,斯坦福大学的研究人员设计并制造出一款模仿鸟类的仿生飞行器。这种飞行器的机翼带有真正的鸽子羽毛,工作时可以在机械传动装置的控制下模拟鸟类翅膀的伸缩状态。 在分析了大量形态各异的鸟类翅膀后,研究人员发现相邻的羽毛是通过一种钩状微结构结合起来的。正是在这种“尼龙搭扣”的帮助下,翅膀可以在运动中连贯而协调地调整形态。 为满足仿生机翼的要求,研究人员根据鸟类翅膀结构制作出人造腕骨和指骨,再连接上普通鸽子的羽毛。羽毛间使用一种人工合成的弹性筋膜固定,它可以发挥“尼龙扣”的作用,保证相邻羽毛在伸缩过程中不因为间隔过大而失去协同效应。 通过风洞测试后,装上了仿生机翼的飞行器被成功放飞。这架飞行器在空中可以灵活自由地调整姿态,迅捷地转向、爬升、俯冲,好似一只“机器飞鸽”。这项研究,或将推动人类开发出拥有更灵活机翼的飞行器。 细菌“开”出的美丽花朵 某个普通的清晨,美国加州大学圣地亚哥分校物理学院的一位博士生照常检查自己的细菌培养皿。但这一次,他惊奇地发现,培养皿中出现了一种谜一样的花朵图案。 这些培养皿原本是为另一项研究准备的,其中培养了大肠杆菌(Escherichia coli)和不动杆菌(Acinetobacter baylyi)两种细菌。 研究发现,图案的出现源于两种细菌移动能力的差异。与名字正好相反,在琼脂表面,大肠杆菌几乎无法移动,然而不动杆菌却能够凭借菌毛快速移动。但是当这两种细菌同时存在时,大肠杆菌却能够搭上不动杆菌的便车,和它一起扩散。 不过大肠杆菌似乎不是位“好乘客”。观察发现,在大肠杆菌密度较高的区域,不动杆菌的移动能力也会受到限制。因此,大肠杆菌较多的区域,细菌扩散速度会比较慢,这样就形成了“花瓣”的轮廓。而那些细菌密度小、扩散速度快的区域,就形成了“花瓣”的主体。 首个活体机器人诞生了 说到机器人,我们可能会立即想到由钢铁铸成的冰冷机械体。但如果告诉你,用活细胞做成的机器人不仅软绵绵的像细胞团一样具有弹性,而且还能够运动,你能够想象吗? 最新发表在《美国科学院院刊》的一项研究就展示了首个由爪蟾细胞制成的活细胞机器人,这种全新的机器人被称作“Xenobots”。 研究人员把爪蟾的胚胎干细胞提取出来,然后制备成单个的干细胞。研究人员会继续培养干细胞,然后诱导它们分化,最后变成活体机器人的关键组成单元——皮肤细胞和心肌细胞。两种细胞按什么比例混合,组合成什么形式,都是按照计算机模型给出的结果来执行的。 尽管其外表看起来只是一小团细胞,但Xenobots能够朝着特定的方向移动,并且被切开后,还能自行复原,具有强大的延展性和可塑性。研究人员把这种由活细胞构成的机器称作定制生命系统(Bespoke Living system),相比于合成材料铸成的机器,活体生命系统在结构和功能上拥有更强的可塑性。 |
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