生物游动机制为研发给药机器人提供新思路

  新华社赫尔辛基3月6日电（记者朱昊晨　徐谦）芬兰阿尔托大学参与的一项最新研究发现，一些介观尺度的微小生物并非靠“更用力”或“长得更大”来游得更快，而是通过让运动在时间上呈现更强的不对称性来提升推进效率。这一发现为研发人体定向给药机器人提供了新思路。

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  阿尔托大学日前发布新闻公报说，介观尺度是介于微观与宏观之间的一种尺度，该尺度的生物包括微小的幼虫、虾和水母等。在这一尺度上，生物运动同时受到两种因素的显著影响：一是类似我们日常感受到的阻力，二是液体黏性。这使得介观尺度生物的推进方式与微观或宏观情形都不同。

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  卤虫（又称丰年虾）是一种典型的介观尺度的甲壳类生物。它体长约400至1500微米，游动时会伸展关节状触角，其运动轮廓类似“8”字形。研究团队拍摄了数千张丰年虾游动图像，并使用机器学习工具对运动特征进行识别与统计。此外，团队还使用一种先进传感器对其游动时产生的微小力进行高精度测量分析。

  研究发现，“8”字形轨迹不仅增加了丰年虾运动的自由度，还呈现更强的“时间反演对称性破缺”。通俗说就是“动作不走回头路”——如果把它的游动过程录像倒放会呈现与正向播放时明显不同的运动序列。丰年虾越是增强“时间反演对称性破缺”，游得就越有效率、速度也越快。

  研究人员认为，这项研究不仅弥补了人们在介观尺度力学与推进机制理解方面的空白，也可能对介观尺度机器人的工程设计带来启发。这类机器人未来有望在人体内部将药物直接输送到特定病灶，从而减少对全身的影响。与更小尺度的微观机器人相比，介观机器人在单次携带药量方面更具优势。

  相关研究成果近期发表在英国《通讯-物理学》杂志上。