受“全轮驱动”的鳐鱼精子启发 科学家创造出更好的游泳机器人

大多数精子基本上是由一个圆圆的蝌蚪状的头和一个柔软的尾巴组成。这个头保持在一个固定的方向，而尾巴要么来回摆动，要么相对于它旋转一圈。然而，鳐鱼精子的情况并非如此。

在沈亚静博士和史家海博士的带领下，香港城市大学的研究人员最近发现，这些精子通过旋转其刚性的头部和柔软的尾部来推动自己。更重要的是，这种头部是长而螺旋状的结构（换句话说，开瓶器形状），使其能够在液体环境中钻行。

这意味着精子不仅可以比其他精子更快、更有效地移动，而且它们还可以通过独立调整头部和尾部的推进力来适应在不同粘度的液体中移动。在分析时，研究人员确定头部通常占总推进力的31%。

与其他精子的情况一样，传给卵子的遗传物质包含在头部。连接头部和尾部的是一个灵活的中段，它为旋转运动提供能量。该中段还允许加强机动性，因为它让精子像手风琴一样弯曲，头部和尾部都可以旋转，以拉动它转弯。此外，如果精子遇到无法克服的障碍，它可以通过向相反的方向旋转其头部来反转离开它。相比之下，其他动物的精子是无法向后移动的。

沈亚静博士说："这种非传统的推进方式不仅为鳐鱼精子提供了对各种粘性环境的高度适应性，而且还导致了卓越的运动能力以及效率。"

科学家们将这种运动系统称为 "异质双螺旋"（HDH）推进器，并将其纳入一个鳐鱼精子启发的机器人，该机器人小到可以放在手掌上。它由刚性的铁线螺旋头、柔软的棉线尾巴和中间的两个电动马达组成。在给定的功率输入下，当涉及到在不同粘度的液体中移动时，它比其他游泳机器人更具有适应性和能源效率。

研究人员希望更小的HDH机器人有朝一日能够在病人体内游动，也许能通过血管将药物输送到特定位置。

这项研究在最近发表于《美国科学院院刊》的一篇论文中进行了描述。