欢迎收看一周科技:本周你将看到:①科学家折磨蚊子的新花样;②给机械披上“人皮”;③倾听油锅的声音;④睡眠监测枕头;⑤圆周率计算新纪录。
缺觉蚊子
如何能让蚊子对咬人失去兴趣?答案是:趁它们睡觉时把它们猛然摇醒。
好吧,这不是什么实用建议,不过它背后确实有项正经的科学研究[1]。研究发现蚊子也会受到睡眠不足的困扰:困倦的蚊子一心只想补觉,连送上门的可口人类都不能让它们支棱起来。
蚊子:科学家啊,放过我吧…… | Journal of Experimental Biology
在实验室中,研究者共观察了三个不同物种蚊子的睡眠。在没有干扰时,这些蚊子每天会花16-19个小时来睡觉。接下来,他们用简单粗暴的方式搅扰了蚊子的睡眠:每过5分钟就用涡旋振荡器把它们摇醒。结果,没睡成觉的蚊子出现了睡眠反弹现象——它们接下来在本应活跃的时间忙着休息,觅食活动与对照组相比也大幅减少。虽然这不会直接成为防蚊手段,但研究蚊子的睡眠有助于了解它们的活动规律,这或许能对控制传染病产生帮助。
左边是清醒的埃及伊蚊,右边是睡着的 | Oluwaseun M. Ajayi et al.
怎么分辨蚊子是不是在睡觉?答案是看后腿:清醒的蚊子通常会将最后一对足高高抬起,而后腿放下、身体放低就是它们进入梦乡的标志。
“人皮”机械
类人机器人看起来总有点恐怖?为了让它们更像人,东京大学研究者做了一件听起来更恐怖的事情:他们给机械披上了活的“人皮”[2]。
披上了“人皮”的机械手指 | Shoji Takeuchi
确切地说,这层“人皮”是利用人类细胞体外培养的人工皮肤。目前,研究者还只测试了为一根机械手指包上活体皮肤。他们首先用胶原基质与人类真皮成纤维细胞培养出“真皮层”,然后再用表皮角质形成细胞为人工皮肤加上了“表皮层”。人工皮肤会在培养过程中自然收缩,因此能够无缝贴合手指形状。这层皮肤有足够的弹性,而且可以像真的皮肤一样进行伤口修复。
目前,这层人工皮肤还需要依赖培养基维持存活 | Shoji Takeuchi
不过,披着“人皮”的机器人现在还没办法投入使用——一旦脱离培养基,人工皮肤就很难长时间存活。下一步,研究者还计划继续改进人工皮肤工艺,并为它加入神经、汗腺之类的功能结构。
倾听油锅
油炸食物的滋滋声是怎么产生的?一群物理学家利用高速摄像机与麦克风仔细地分析了这一生活场景[3]。
看到图片就已经脑补出了声音 | Coverr-Free-Footage/Pixabay
简单说,油炸食物的声音源于食材中的水分。细小的水滴在热油中迅速形成蒸汽泡泡,然后气泡又快速破裂,声音就在这一过程中产生。不过研究者发现,事情的细节其实还更复杂一些:滋滋声其实共包含三种不同的声音,它们分别在不同类型的气泡活动中产生。
视频:油锅中的少量水分变成蒸汽泡泡,并产生3种不同类型的声音。(实验中的水滴非常微小,将较大量水滴入热油会带来安全隐患,请不要在家尝试)| Akihito Kiyama et al.
蒸汽气泡的表现主要由它们在热油中的深度决定:在最表浅的情况下,小气泡会在热油表面爆开,声音主要在气泡破裂时产生;稍深一些时,气泡不会直接冲破表面,而是产生垂直向上的射流,声音主要来自最初气泡快速膨胀的阶段;而当气泡在更深处产生时,它会在短时间内发生周期性振动,并由此产生不同的声音。
睡眠枕头
想要监测睡眠质量,方便和准确总难以兼得——睡眠手环可能测不准,去医疗机构做睡眠测试又太麻烦。研究者最近发明了一种无需额外供电的睡眠监测枕头,或许能解决这个问题[4]。
睡眠监测智能枕头|Haiying Kou
这种智能枕头设计基于一种柔软透气的摩擦纳米发电机。当头部移动时,会对枕头局部施加压力,并使摩擦纳米发电机产生电流。安装在枕头上的发电机阵列,能够实时记录头部的移动情况,从而对睡眠质量进行监测。这个装置不仅可以用于睡眠监测,还能提供给那些头部移动有障碍的患者,或者为掉下床提供给预警。
实验中,枕头可以实时监测到假人头的移动|Haiying Kou
圆周率新纪录
本周,谷歌员工Emma Haruka Iwao宣布,她与同事们又一次将圆周率π计算到了前所未有的精确度:小数点后100万亿位[5]。
圆周率位数的计算记录再次刷新 | Google
这次计算共进行了157天23小时31分7.651秒,计算速度达到了该团队上一次挑战时的两倍。在整个计算过程中,计算机共处理了大约82000TB数据。这个计算项目也是Iwao工作的一部分,它的目的是向世人展示谷歌云端平台的处理能力。
PS:根据Iwao的计算,圆周率小数点后第100万亿位的数字是0,如果你好奇的话。
参考文献
[1] https://journals.biologists.com/jeb/article-abstract/225/11/jeb244032/275550/Behavioral-and-postural-analyses-establish-sleep
[2] https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00239-9
[3] https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0088065
[4] https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c03056
[5] https://blog.google/products/google-cloud/new-digit-pi-2022/