2022年受大自然启发的科学发现

本文转自：科技日报

从机器人萤火虫到止血秋葵膏药

2022年受大自然启发的科学发现

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①研究人员从奶牛的唾液腺中提取黏液，并将其转化为一种凝胶，可以结合并抑制病毒。图片来源：物理学家组织网

②受萤火虫的启发，研究人员创造了用于搜索和救援任务，可以发出不同颜色或图案光的机器人。图片来源：美国麻省理工学院

③研究人员发明了一种受鱿鱼皮启发的材料，可以包裹在咖啡杯上，保护手指免受高温影响。图片来源：美国加利福尼亚大学尔湾分校

◎实习记者 张佳欣

【今日视点】

尽管动植物面临气候变化等人类驱动因素导致的大范围灭绝，但自然界仍在以意想不到的方式激发着人类的科学发现。

“大自然花了数亿年时间来优化极其复杂问题的解决方案。”美国加利福尼亚大学尔湾分校的生物医学工程师阿隆·戈罗德斯基说，“如果我们着眼于自然，就可以缩短开发过程，并快速找到有价值的解决方案。”

从鱿鱼皮食物加热器到用牛黏液制成的润滑剂，今年受大自然启发的科学发现依然成果斐然。

秋葵黏合剂可为心脏止血

现在，用一种由黏性秋葵凝胶制成的可生物降解膏药，可以在不缝合的情况下为狗和兔子的心脏肝脏止血。

秋葵是一种毛茸茸的绿色蔬菜，其黏稠的质地启发了加拿大曼尼托巴大学的马尔科姆·邢将其转化为医用黏合剂。

7月发表在《先进医疗材料》上的这项研究中，研究人员发现，在榨汁机中提炼秋葵，然后将其烘干成粉末，可以产生一种有效的生物黏合剂，并迅速形成物理屏障，启动血液凝固过程。研究人员计划未来几年在人体上测试这种膏药。

牛黏液润滑剂可预防艾滋病

实验室测试发现，一种由奶牛黏液制成的润滑剂有望减少艾滋病等疾病的传播。

这项发表在9月份《先进科学》杂志上的研究仍是初步的，还未在人体上进行测试。

研究人员从牛的唾液腺中提取黏液，并将其转化为一种结合和约束病毒的凝胶。黏液是由黏蛋白组成的，这种蛋白质可能具有抗病毒特性。黏蛋白分子具有天然复杂的生物学特性，能有效阻止艾滋病和疱疹病毒感染，且不会产生副作用或耐药性。

它有固体和液体两种形态。瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院的研究人员称作为固体，它可以捕获体内的细菌或病毒。作为液体，它可以清除体内的病原体。

机器人萤火虫助力搜救工作

在温暖的夏夜，萤火虫利用发光吸引配偶、抵御捕食者，或引诱猎物。

萤火虫照亮了夜空，也启发了美国麻省理工学院的科学家们创造出昆虫大小的微型机器人，它们在飞行时会发光。

据6月发表在《IEEE机器人与自动化快报》上的论文，根据大自然的启示，研究人员为昆虫大小的飞行机器人制造了发光的柔软人造肌肉，其中被嵌入了微小的电致发光粒子。控制机器人翅膀上的微小人造肌肉可使其在飞行过程中发出彩色的光。

一只“萤火虫”的重量只比一个回形针重一些。研究人员已经证明，他们可以使用机器人发出的光和三个智能手机摄像头来精确跟踪机器人。

电致发光可以使机器人相互通信。例如，如果被派往一座倒塌的建筑执行搜救任务，寻找幸存者的机器人萤火虫可以利用灯光向其他同伴发出信号并呼救。尽管到目前为止，这些机器人只能在实验室环境中操作，但研究人员对它们未来的潜在用途感到兴奋。

受训蚂蚁能嗅出癌症

据估计，世界上有20万亿只蚂蚁，研究人员发现，有一种蚂蚁可能能够嗅出人类乳腺中的癌症。

据3月发表在iScience杂志上的研究，索邦-巴黎北大学的科学家们用糖水奖励来训练丝光褐林蚁闻出植入和不植入人类肿瘤的小鼠尿液之间的区别。

在短短的3项训练试验中，研究人员能够有效地教会蚂蚁区分癌细胞和非癌细胞，其准确度与使用狗进行的研究相似。

研究人员表示，在某些方面，蚂蚁超过了狗，因为它们需要极短的训练时间，仅30分钟，而狗需要6—12个月，并且训练和维护成本更低，每周只需喂食两次蜂蜜和冷冻昆虫。

众所周知，癌细胞会产生挥发性有机化合物，这些分子会赋予它们特殊的气味。因此，一些狗可以使用高度敏感的鼻子来嗅出癌症，但训练它们可能既昂贵又耗时。与嗅探犬相比，蚂蚁可能有一天会提供一种更简单、更便宜的非侵入性肿瘤识别方法。

“鱿鱼皮肤”包装为外卖保温

点外卖或外带食物给人们带来了便利，但如果担心食物变冷该怎么办？

根据3月发表在《自然·可持续性》杂志上的一项研究，鱿鱼奇怪的皮肤激发了一种包装材料的研发灵感，这种材料能达到温度调节的效果，可以作为外包装为食物保温。

鱿鱼和其他头足类动物具有惊人的能力来伪装自己以适应环境。鱿鱼有被称为色素囊的微型器官，可以显著改变大小，也可以帮助它们改变颜色。

为了模仿这些充满色素囊的器官，美国加利福尼亚大学尔湾分校的研究人员制备了一种大面积类似“鱿鱼皮肤”的复合材料，它通过可重构金属结构调节热量，这些金属结构可以可逆地相互分离，并在不同的应变水平下重新组合在一起。

复合材料中的“金属岛”在材料松弛时彼此相邻，在材料拉伸时分离，从而可以控制红外光的反射和透射或散热。