【科创热榜前沿科技周报】-51期转贴

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前沿科技盘点〔51〕丨当机器人“长”出昆虫触角……“抽刀断水水更流”？不，是“激光切水出图案” 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0230717_128151.html
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机器人“长”昆虫触角，除了外表“萌萌哒”之外，性能上有啥优势？在你眼中，水是什么形状？有什么样的面孔？狂野波涛？平静湖面？坚韧？自由？柔情？科学家告诉你，水可以是饼状的。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第五十一期。

1《Nano Energy》丨当机器人“长”出昆虫触角……

（a）昆虫触角系统的解剖示意图；（b）安装仿生触角的微型机器人；（c）仿生触角感受器的传感原理；（d）仿生触角在机器人主动感知中的应用示意图

机器人“长”昆虫触角，除了外表“萌萌哒”之外，性能上有啥优势？

近日，清华大学深圳国际研究院张旻、王晓浩团队受自然界中昆虫触角的启发，提出一种基于摩擦纳米发电机（TENG）的自供电仿生触角传感器（SBA），用于微型机器人的自主环境感知，辅助微型机器人进行障碍躲避和地形预判。这个仿生触角主要由感受器、硬质导线和执行器单元三部分组成，它们分别模拟了昆虫触角中的机械/接触化学感受器、神经纤维和肌肉纤维，完成接触感知、信号传导和驱动工作。

仿生触角感受器由银纳米线包覆的多孔弹性体（ACES）为原材料制成，文中探究了ACES的制备工艺、导体性能和摩擦电性能。当感受器部分与外界环境中的物体进行接触时，与外界物体之间形成单电极式摩擦纳米发电机进行信号输出，反映感受器与外界环境的接触状态以及接触物的材料属性。执行器单元由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜骨架和形状记忆合金（SMA）弹簧构成，赋予仿生触角水平方向和竖直方向的运动自由度，使得感受器部分可以进行自主检测动作，实现主动感知。单个仿生触角的重量约为70mg，并在体积和集成性上与微型机器人相匹配。

研究团队进一步设计了基于仿生触角的微型机器人感知系统。通过仿生触角的水平扫掠运动，微型机器人能够主动收集墙壁上预先设置的“材料指令”，使机器人按照预先设定的路线移动。通过仿生触角的垂直摆动动作，感受器能够区分平面、边缘和斜坡/台阶地形，使微型机器人具有判断地形通过性的能力，保证微型机器人在复杂地形行驶的安全性。

2《Nature Communications》丨“抽刀断水水更流”？不，是“激光切水出图案”

（a）液滴内的液体混合（b）利用加工的微流控芯片实施液体梯度稀释（c）利用加工的微流控芯片演示铜氨络合反应（d）利用加工的微流控芯片实施蛋白质、尿素和pH检测（e）利用加工的微流控芯片实施金属离子检测（f）利用加工的微流控芯片实施基于合成生物学的核酸传感（g）利用加工的微流控芯片作为合成图案化水凝胶的模具及其应用演示（h）加工的微流控芯片作为药物梯度稀释和细胞培养平台用于药物筛查

在你眼中，水是什么形状？有什么样的面孔？狂野波涛？平静湖面？坚韧？自由？柔情？科学家告诉你，水可以是饼状的！

“天下莫柔弱于水，而攻坚强者莫之能先，其无以易之也。”如何驯服水并为我所用，自古以来就是一门学问。近年来，微量水的图案化和流动控制在材料科学、化学、生物医学等领域引起广泛关注。当下，控制微量水形貌和流动的主要手段是预先加工固体通道，但由于水的无序性和流动性，精准加工水仍存在挑战。

近日，西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学研究所用疏水性的SiO2纳米颗粒包覆在水的表面构建了厚度为亚毫米级的水饼，成功实现“激光切水”的构想并制造出多种“水图案”。他们通过实验探究了水的体积对水饼面积、水饼厚度对切割可行性及水饼厚度、激光扫描速度对加工精度等影响，得到了优化后“激光切水”的实验参数，激光切水加工的微流控芯片精度可达350mm。他们应用激光切割机成功加工出十字交叉通道、分散型通道、阵列型通道、弯曲通道、集成型通道、螺旋通道等常用的微流控芯片。

在应用层面，通过激光切割水制备的微流控芯片具有开放、透明、透气等特点，在化学、健康、材料科学和生物医学等众多应用领域展示出应用潜力。

3《Nature Medicine》丨上新了！这个精准防治冠心病的基因风险评分模型“抓早抓小”

模型架构及训练与验证示意图

冠心病是导致人类死亡的最主要疾病之一，受个体遗传、代谢及不良生活方式的共同影响，其中遗传因素的影响约为40%~60%。个体基因信息在一生中基本保持不变，并且早在婴幼儿时期即可通过血液或唾液等无创方式采集获得。基于此，北京基因组研究所（国家生物信息中心）汪敏先研究组与美国博德研究所Amit V. Khera研究组合作研发GPSmult模型。该模型能在生命最早期基于个体基因信息预测其未来发生冠心病的风险，从而为尽早预防与干预疾病争取了广阔的时间窗口。

具体看，科研人员在利用冠心病单族裔及单疾病遗传关联信息的模型基础上，进一步开发整合不同族裔人群背景及多个冠心病临床危险因素信息的全基因组多基因风险评分新模型，其预测的准确性超过了美国临床预防医学领域用于评估个体动脉粥样硬化性心血管疾病患病风险的“金标准”——美国心脏病学会/美国心脏协会合并队列方程组，大幅提高了利用基因组遗传信息预测个体未来患冠心病风险的准确度，能够进一步改善约40%个体的风险预测准确性。

4《Nature Communications》丨这个新办法能解决4D打印的一大痛点

连续纤维增强液晶弹性体复合材料4D打印

较3D打印而言，4D打印多了一项“时间穿越”技能，它的结构在外界刺激下可以产生可编程的形状及性能变化。在航空航天、软体机器人、生物医疗等诸多领域，难于人工操作或“精密操作压倒一切”的场景中，4D打印材料因其“智慧属性”更能施展拳脚。

然而问题来了，当前的4D打印结构通常无法兼顾大变形能力和力学承载能力，无法实现多功能融合。针对这一痛点，西安交通大学科研团队提出一种基于连续纤维增强液晶弹性体的直写4D打印方法，可以显著增强力学性能以及实现弯曲变形效果的作用。

该打印方法能够通过调控纤维在复合材料丝材内部的偏置位置实现打印结构可控的承载特性及变形形态。打印的液晶复合材料可以承受高达其自身重量2805倍的载荷，并在150 ℃条件下实现0.33 mm-1的弯曲曲率。

5《Genome medicine》丨14年，1312株，一段肺炎链球菌的“耐药演进史”徐徐展开

肺炎链球菌可导致肺炎、脑膜炎等多种疾病，多重耐药肺炎链球菌的流行增大了其感染的治疗难度，了解多重耐药菌的形成和发展规律对于耐药的控制至关重要。目前我国缺少大规模的肺炎链球菌分子流行病学及全基因组数据分析，对于多耐药克隆在我国形成和演化规律的研究仍不充分。

细菌耐药表型分为多耐药（MDR）、泛耐药（XDR）、全耐药（PDR）。多耐药（多重耐药）指病原体对3类及以上抗菌药物同时耐药/不敏感，目前临床常见病原菌几乎都是多耐药菌；泛耐药指除1-2类抗菌药物外，几乎对所有类别抗菌药物不敏感，所谓的“超级细菌”即为泛耐药菌；全耐药指目前临床应用的所有类别抗菌药物中的所有品种均不敏感，目前临床上尚未发现全耐药菌。

近日，微生物研究所冯婕团队与北京大学第一医院临床药理研究所李耘团队合作，系统阐释了我国肺炎链球菌多重耐药克隆群CC271的产生和演化历史。研究团队对时间跨度14年的1312株肺炎链球菌进行了基因组测序及耐药表型分析，与来自全球肺炎链球菌基因组测序计划（GPS）的数据相结合，进行系统基因组学分析。结果显示，当前在CC271克隆群中主导的两个克隆（19F ST271-B和19A ST320），均是从同一个低耐药的祖先克隆（19F ST271-A）中分别独立演化而来。其中第一优势耐药克隆为19F ST271-B，它对β-内酰胺高水平耐药，且对头孢菌素类药物具有尤为高的耐药性。（专栏作者 李潇潇）

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