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带有凹点的水下或空中车辆可能会更加高效和灵活，这一新原型已在密歇根大学得到证明。 带有凹点的水下或空中车辆可能会更加高效和灵活，这一新原型在密歇根大学得到了证明。 高尔夫球的凹点可以减少压力阻力——物体在流体中移动时遇到的阻力——使球的飞行距离比光滑的球平均远30%。以此为灵感，一个研究团队开发了一种具有可调表面凹点的球形原型，并在受控的风洞中测试其空气动力学性能。 “水下车辆上动态可编程的外皮可以大幅减少阻力，同时消除需要如鳍或舵之类突出附属物以进行操控的必要性。通过动态调整表面纹理，车辆可以实现精确的机动性，提升效率和控制，”密歇根大学海洋建筑与海洋工程以及机械工程的助理教授 Anchal…

一个团队能够展示，即使没有中央控制单元，游泳动作也是可能的。这不仅解释了微生物的行为，它还可能使纳米机器人能够以有针对性的方式移动，例如，将药物运输到身体的正确位置。 细菌可以这样做，变形虫可以这样做，甚至血细胞也可以这样做：它们都有能力在液体中有目标地移动。尽管它们的结构非常简单，没有中央控制系统（如大脑），但它们依然如此。这个现象怎么解释呢？维也纳科技大学、维也纳大学和塔夫茨大学（美国）的一个团队在电脑上模拟了这种类型的运动，并能够展示，即使没有中央控制单元，游泳运动也是可能的。这不仅解释了微生物的行为，它还可能使纳米机器人能够以有针对性的方式移动，例如，将药物运输到身体的正确位置。 即使没有中央控制系统也能成功 “简单的微生物可以想象为由多个部分组成，有点像一串珍珠，”维也纳科技大学理论物理研究所的Benedikt Hartl说，他是当前发表论文的主要作者。“这些单独的部分可以相对运动。我们想知道：在什么情况下，这会导致整个生物体朝着期望的方向移动？”…

如果你曾经看过一群鸟完美地协调飞行，或看到涟漪在池塘中传播，你就见证了大自然卓越的协调运动能力。最近，莱斯大学的科学家和工程师团队在微观尺度上发现了类似的现象，在这种现象中，微小的磁性粒子受到旋转场的驱动，自动沿着聚类的边缘移动，这些聚类由遵循意想不到的物理学分支的无形“边缘电流”控制。这项研究发表在《物理评论研究》杂志上。 “当我看到初始数据时——粒子在边缘的流动速度快于中间的流动——我说‘这些是边缘流!’ 然后我们开始探索这个现象，”通讯作者、物理和天文学助理教授艾芙琳·唐说道。“非常令人兴奋的是，我们可以利用拓扑物理的概念解释它们的出现，拓扑物理是一个因量子计算机和异国材料而变得突出的领域。” 在他们的实验中，团队将超paramagnetic胶体（可以理解为比沙粒小一百倍的微小磁珠）悬浮在盐水中。然后，他们施加旋转的磁场，使粒子形成不同形状的晶体：有时它们形成密集的圆形聚类，有时它们在中间留有空洞或“空隙”地展开成片。 当这些形状的外部边缘的粒子开始比其他部分移动得更快时，实验变得特别有趣，形成了一种在边界周围移动的传送带。…

新发现的细菌自我防御武器采用不同方法来实现相同目标：防止病毒在细菌群体中传播。 地球上的每一种生物都需要保护自己免受有害事物的侵害。细菌也不例外。尽管它们相对简单，但它们对病毒入侵者展开了令人惊讶的聪明防御策略。最著名的是CRISPR-Cas9，已被改编为人类使用的首个FDA批准的基因编辑技术。 在过去一年中，洛克菲勒大学细菌学实验室的研究人员，由卢西亚诺·马拉菲尼领导，以及MSKCC结构生物学实验室的研究人员，由丁肖·帕特尔领导，正在研究一些CRISPR系统的关键免疫成分，称为CARF效应子。这些新发现的武器采取不同的方法来实现相同的目标：停止细胞活动，从而防止病毒在其他细菌群体中传播。 在最近发表在Science上的一篇论文中，科学家们宣布他们发现的最新CARF效应子，命名为Cat1。由于其异常复杂的分子结构，这种蛋白质能够耗尽细胞功能所必需的代谢物。没有了燃料，病毒入侵者进一步进攻的计划被阻止。 “我们实验室的集体工作揭示了这些CARF效应子的有效性和差异，”马拉菲尼说。“它们的分子活动范围非常惊人。”…

数百万年的进化使某些海洋动物能够生长出由多层组成的复杂保护壳，这些层共同作用，以消散物理压力。在一项新的研究中，工程师们找到了一种模仿这种层状材料行为的方法，例如海螺母层，通过编程合成材料的各个层在压力下协同工作。这种新材料设计有望增强能量吸收系统，如可穿戴绷带和汽车保险杠，具有适应碰撞严重性的多级响应。 许多过去的研究集中在逆向工程上，以复制自然材料（如骨骼、羽毛和木材）在机械压力下的非线性响应。一项新的研究，由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的土木与环境工程教授Shelly Zhang和丹麦技术大学的教授Ole Sigmund领导，超越逆向工程，开发出一种可以通过微观互连响应局部干扰的可编程多层材料框架。 研究结果发表在期刊《科学进展》上。…

新研究详细说明了红外热成像、高分辨率成像和神经网络分析如何结合起来使混凝土桥梁检查更加高效。研究人员希望他们的发现能够通过结合这些方法被工程师利用，以战略性地确定桥梁状况并更好地分配维修成本。 Necati Catbas 并没有医学学位，但这位UCF工程教授更有资格使用新兴技术的组合来诊断桥梁的健康状况。 Catbas与他之前的土木工程学生Marwan…

贾努斯异质双层材料——具有独特属性的双面材料——可能是高效制造清洁氢燃料的关键。 如果有一种高效的方法，可以利用阳光的力量生产出可行的、环保的替代化石燃料的解决方案呢？东北大学和越南国立大学胡志明市分校的研究人员的一项重大发现可能使我们更进一步。该团队识别出了二维（2D）贾努斯异质双层材料在绿色能源转换中的关键因素。在研究的材料中，WS₂-SMoSe异质双层表现突出，太阳能转氢转换效率达到16.62%，超过了许多现有材料，并且大多数材料的效率都低于15%。 光催化水分解利用阳光将水分子分解为氢气和氧气。这种清洁的氢燃料可以为车辆和家庭提供动力，显著减少温室气体排放，帮助应对全球变暖。然而，传统材料在光催化中面临着重大挑战，包括低效率和快速的电子-空穴复合。这一创新直接解决了这些问题，为更可持续的未来铺平了道路。 由东北大学前沿研究跨学科科学研究所的助理教授阮春雄和越南国立大学胡志明市分校的副教授武氏汉秋领导的团队正在探索贾努斯和过渡金属硫族化物（TMDC）材料的激动人心的组合。 他们研究了20种不同的配对，确认贾努斯异质双层是水分解的有希望的候选材料。与传统的二维材料不同，这些独特的贾努斯TMDC在每一面具有不同的硫族元素，从而产生固有的偶极和强内电场。这些自然电场增强了阳光产生的电荷的分离，显著提升了这些材料的光催化性能。通过揭示原子排列的原则，我们可以为选择光催化太阳能转换的最佳材料提供明确的指导。…

研究人员设计了一种高性能的开放获取连续流动工艺，以安全地从生物基糠醛中生产关键抗菌药物。 来自利埃（Liège）大学的研究人员设计了一种高性能的开放获取连续流动工艺，以安全地从生物基糠醛中生产关键抗菌药物。这项工作是在美国食品药品监督管理局（FDA）支持下开展的国际联盟中进行的。这项研究的结果已发表在《应用化学国际版》（Angewandte Chemie International Edition）上，并可公开获取。…

工程师们开发了一种突破性的计算模型，以研究颗粒材料（如土壤、沙子和粉末）的运动。通过整合粒子、空气和水相之间的动态互动，这种最先进的系统能够准确预测滑坡、改善灌溉和石油开采系统，以及增强食品和药品生产过程。 香港科技大学（HKUST）今天宣布，其工程学院的研究团队开发了一种突破性的计算模型，以研究颗粒材料（如土壤、沙子和粉末）的运动。通过整合粒子、空气和水相之间的动态互动，这种最先进的系统能够准确预测滑坡、改善灌溉和石油开采系统，以及增强食品和药品生产过程。 预测颗粒材料的挑战 颗粒材料的流动——例如用在制药和食品生产中的土壤、沙子和粉末——是支配许多自然环境和工业操作的基本机制。理解这些粒子与水和空气等周围流体的互动对于预测土壤崩塌或流体泄漏等行为至关重要。然而，现有模型在准确捕捉这些互动方面面临挑战，特别是在毛细作用和粘度等力的作用下的部分饱和条件下。 PUA-DEM：颗粒建模的范式转变…

一项新研究探讨了如何通过晶体传输超短激光脉冲，晶体会对施加的电场作出反应。这种技术使研究人员能够准确捕捉不同频率范围内电场的形状和时间。 科斯坦丁·沃多皮亚诺夫，科学学院和CREOL（光学与光子学学院）的教授，最近联合撰写了一项发表在《Optica》期刊上的研究。该研究考察了电光取样（EOS）技术，推动了量子物理、分子光谱学和生物医学传感等领域的发展。 作为这两所学院的教授，沃多皮亚诺夫展示了跨领域工作的潜力如何带来新想法。这位Optica院士的研究结合了跨学科工作，正在塑造量子物理及其他科学领域的未来。 他的新研究探讨了EOS如何通过对施加电场作出反应的晶体传输超短激光脉冲。这种技术使研究人员能够准确捕捉不同频率范围内电场的形状和时间。 沃多皮亚诺夫表示，这种技术使研究人员比以往更清晰地看到分子。他是UCF21世纪学者的基金主席。…

铋是否属于一种非常适合量子计算和自旋电子学的材料类别一直是一个悬而未决的问题。神户大学的研究现在揭示了铋的真实本质被其表面所掩盖，并在这样做的过程中发现了与所有此类材料相关的新现象。 有一类材料在其体相中是绝缘体，但在其表面上则具有良好的导电性。由于这种导电性不受缺陷或杂质的影响，这种所谓的“拓扑材料”预计在量子计算机、自旋电子学和其他先进电子应用中高度适用。然而，铋是否为一种拓扑材料在过去近20年里一直处于科学争论之中，许多计算表明它不应为拓扑材料，但某些测量却指向相反的结论。神户大学的量子固态物理学家伏谷幸表示：“我一直对铋着迷，并一直进行研究，希望了解有关这一元素的所有知识。作为一个铋的爱好者，我无法忽视这种情况，深入探讨这一争论，希望能解决这个谜团。” 伏谷对该材料的奉献使他能够考虑其他人未曾想到的现象。他解释道：“在我研究的许多铋的性质中，我首先发现晶体结构由于表面附近的放松而自发变化。这让我想知道这种表面放松是否会影响材料的拓扑特性。”因此，神户大学的研究人员和他的团队开始对该材料中电子行为的计算模型进行研究，并结合这一晶体结构的变化，调查它们是否能为争论提供贡献。 该团队现在在期刊《物理评论B》上发表了他们的结果。计算结果证明，铋晶体表面的放松使得该材料在表面上呈现出拓扑特性，从而掩盖其体相是非拓扑的事实。“直到现在，材料的拓扑特性是基于‘体边对应’的原则来确定的，该原则认为表面的特征代表了体相中的特征。然而，我们的研究显示，这一指导原则是可以被打破的，”伏谷解释道。 “我们提出的表面放松可能导致体边对应被打破的观点不仅限于铋，还可以广泛应用于其他系统，”神户大学团队在论文中写道。因此，研究人员称之为“拓扑阻挡”的效应也可能在其他材料中被发现。“在拓扑材料科学中，最重要的是正确理解物质的拓扑特性，”伏谷评论道，暗示着他团队的工作对整个领域的广泛影响。…

像DNA这样的分子能够在不需要能源的情况下存储大量数据，但访问这些分子数据既昂贵又耗时。研究人员现在开发了一种替代方法，将信息编码在合成分子中，利用该方法编码并解码了一个11个字符的密码以解锁计算机。 “分子可以在不需要电力的情况下存储信息很长时间。自然给我们提供了这一原理有效的证明，”德克萨斯大学奥斯汀分校的电气工程师、通讯作者Praveen Pasupathy说。“这是首次尝试将信息写入一种塑料的构建块，然后可以使用电信号读取，这使我们更接近于在日常材料中存储信息。” 传统存储设备如硬盘和闪存驱动器有缺点，例如维护成本高、能耗大以及短寿命，导致它们不适合长期数据归档。分子可以提供一个替代选项，早期研究表明DNA和合成聚合物可以被设计有效存储信息。然而，解码这些分子通常涉及昂贵的设备，例如质谱仪。 为了制作更易于书写和读取的分子信息，团队决定尝试另一种方法：设计包含电化学信息的分子——这种方法允许使用电信号解码信息。…