受“全輪驅動”的鰩魚精子啟發科學家創造出更好的游泳機器人
如果說鰩魚還不夠特別的話,事實證明它們的精子在動物界也是獨一無二的。科學家們現在創造了一個機器人,其靈感來自於這些精子,有朝一日可能會產生在人體內游泳的更小的機器人。
大多數精子基本上是由一個圓圓的蝌蚪狀的頭和一個柔軟的尾巴組成。這個頭保持在一個固定的方向,而尾巴要么來回擺動,要么相對於它旋轉一圈。然而,鰩魚精子的情況並非如此。
在沈亞靜博士和史家海博士的帶領下,香港城市大學的研究人員最近發現,這些精子通過旋轉其剛性的頭部和柔軟的尾部來推動自己。更重要的是,這種頭部是長而螺旋狀的結構(換句話說,開瓶器形狀),使其能夠在液體環境中鑽行。
這意味著精子不僅可以比其他精子更快、更有效地移動,而且它們還可以通過獨立調整頭部和尾部的推進力來適應在不同粘度的液體中移動。在分析時,研究人員確定頭部通常佔總推進力的31%。
與其他精子的情況一樣,傳給卵子的遺傳物質包含在頭部。連接頭部和尾部的是一個靈活的中段,它為旋轉運動提供能量。該中段還允許加強機動性,因為它讓精子像手風琴一樣彎曲,頭部和尾部都可以旋轉,以拉動它轉彎。此外,如果精子遇到無法克服的障礙,它可以通過向相反的方向旋轉其頭部來反轉離開它。相比之下,其他動物的精子是無法向後移動的。
沈亞靜博士說:”這種非傳統的推進方式不僅為鰩魚精子提供了對各種粘性環境的高度適應性,而且還導致了卓越的運動能力以及效率。”
科學家們將這種運動系統稱為”異質雙螺旋”(HDH)推進器,並將其納入一個鰩魚精子啟發的機器人,該機器人小到可以放在手掌上。它由剛性的鐵線螺旋頭、柔軟的棉線尾巴和中間的兩個電動馬達組成。在給定的功率輸入下,當涉及到在不同粘度的液體中移動時,它比其他游泳機器人更具有適應性和能源效率。
研究人員希望更小的HDH機器人有朝一日能夠在病人體內游動,也許能通過血管將藥物輸送到特定位置。
這項研究在最近發表於《美國科學院院刊》的一篇論文中進行了描述。