未来课堂｜向水蛭学“吸血” 让你不再害怕采血针

引言：

仿生学是一门非常有趣的学科。人们通过模仿生物的特殊本领，研究生物的结构和功能，根据这些原理发明出新的设备、工具和科技，来解决我们人类遇到的问题。

今天，我们就来了解几项科学家运用仿生学发明的最新成果吧。

1.向水蛭学“吸血”

让你不再害怕采血针

去医院体检采血时，你是不是看到针头，就会全身紧张，甚至两腿发软？

好消息来了！

受水蛭的启发，研究人员在两个月前发布了一种新的采血设备。

这种设备抛弃了让许多人恐惧的针头，而是采用吸盘和微针的组合，从而以尽量小的创伤，获得足够多的血液。

为什么是向水蛭学习？

说起水蛭，很多人可能都会感到害怕，或者觉得它们很恶心。

但对于科学家来说，一直以来都在努力研究水蛭潜在的治疗价值。

研究人员发现，饥饿的吸血水蛭，对光线、震动等周围环境变化非常敏感。

遇到目标时，一些水蛭甚至还会“追逐”目标动物。

水蛭的头部和尾部都各有一个吸盘，口吸盘小，尾吸盘大。

在野外，如果发现身上有水蛭想赶走它，可以用手指甲推掉水蛭头尾的吸盘使其掉落。

跑起来的时候，水蛭的身体会像毛毛虫那样，不停地“伸展-收缩”向前蠕动，前后两个吸盘交替移动，直到前面的吸盘接触到宿主并成功吸住。

不过别担心，人们徒步时遇到的陆地水蛭，一般不会追着目标跑，它们经常是意外地附着在宿主身上。

用吸盘将自己固定在目标上后，水蛭嘴里排成Y形的三个颚就会开始工作。

它的每个颚就像一把锯齿状的刀，上面是许多排成一排的小牙齿，它们前后移动，切开宿主的皮肤，通过吞咽产生负压进行吸血。

这款新型采血设备也是类似的工作原理——先通过吸盘吸附在人的上臂，按压后，装置内部的微针会刺穿皮肤，再通过负压就能收集血液。

水蛭是很多研究人员的“宠儿”！

大家知道，我们人体受伤出血后，会自发启动一些生理机制来停止出血：血小板会在血管受损的地方聚集，之后产生大量凝血酶，伤口处会形成血凝块来进一步止血。

不过，水蛭为了能吸饱血，它们会释放一种叫做水蛭素的酶，直接抑制宿主凝血酶的活性，防止宿主的伤口形成血块，伤口的血液可以保持流动，水蛭也就能一直吸血。

吃饱的水蛭，可以膨胀至其体重的5倍，有时吸血量甚至可达其体重的10倍。

水蛭素是一种强效抗凝剂。当水蛭吃饱脱落后，水蛭素还会在叮咬部位发挥作用，宿主的伤口还会继续出血一段时间。

而水蛭吃饱离开后，它消化道内的宿主血液，也会很久都不凝固。

为了找到并收集水蛭，有些研究人员拿自己当诱饵。等水蛭吃饱了，它们就会自动脱落，掉进研究人员准备好的袋子里。

有研究人员发现，有的水蛭吸一次血可以生存一年！

在科研界，水蛭是很多研究人员的“宠儿”，有些科研人员甚至会让实验室里的水蛭吸自己的血。

通过研究水蛭素，科学家正在开发副作用更小的药物，用来治疗血栓和预防中风。

另外，在进行外科手术时，水蛭也可以发挥作用，例如当人类截断的手指被重新连上时，水蛭可以通过吸血让新鲜的含氧血液重新进入断指，从而提高断指的成活率。

“水蛭采血针”有哪些好处？

以水蛭为模型开发的采血设备，可以帮助人们更轻松地采血。

新采血装置的吸盘、微针，就是模仿水蛭的嘴部吸盘和小牙齿。

微针引起的疼痛感和不适感更小，伤口也更容易愈合。

由于微针是被固定在吸盘内部，因此和传统的采血针头相比，减少了人们在穿刺过程中和后续处理中的受伤风险。

非医疗专业的人，也可以使用这个采血设备。

而且和指尖采血相比，它能够采集更多的血液，提高了诊断的准确性。

另外，它能以较低的成本进行制造，而且便于携带。

更重要的是，很多人都有针头恐惧症，特别是儿童，对针头的恐惧尤其明显。

据估计，大约四分之一的成年人、高达三分之二的儿童，都对针头有强烈的恐惧。

随着年纪的增长，人们对针头的恐惧才会慢慢减弱或者消失。

使用水蛭采血装置，因为看不到针头，也就不会产生恐惧心理。

如果你也害怕采血针，不妨期待一下最新发明的“水蛭采血针”吧。

2.高载重 爬行快 精确控制

仿生“昆虫”实现新突破

在灾后救援、大型机械装备检修等场景，仿生机器“昆虫”有着巨大的应用价值。

最近，北京航空航天大学的科研团队，研发出一款仿生“昆虫”，实现了微型动力技术的新突破。

这种机器“昆虫”身长2厘米、宽1厘米、重1.76克，垂直投影面积仅两个指甲盖大小，具有快速机动、高载重、无线可控等特性。

置身一堆小石块儿间，这款四足机器“昆虫”行动矫健、穿梭自如，仿若甲壳虫。

机器“昆虫”尺寸虽小，却“五脏”俱全。

北航科研团队研发的微型机器“昆虫”。

普通机器人通常靠电动机驱动，对供能要求较高，而微型机器人内部空间不足以承载大容量电池，需外接通电线持续供电，其自由移动因此受限。

这款基于直线式驱动、柔性铰链传动的新型动力系统，让它成功摆脱了电机与外接电线。

研发人员在机器“昆虫”内，植入了能源、控制、通讯和传感系统。

直线式驱动器将体内小型电池输入的电能，转化为机械能，并向外输出机械振动。

柔性铰链传动机构，将机械振动转换为机器“昆虫”腿部的周期振动，进而带动整个机体实现高频弹跳运动。

通俗讲，就是让机器“昆虫”体内的微型电池完成电生磁，促使一旁的磁铁振动，再带动腿部关节运动。

科研团队还设计了仿生奔跑步态，通过机器“昆虫”步频和步幅的自适应调节，实现了高载重下快速爬行和运动轨迹的精确控制。

这一微型动力技术的成功研发，有望推动微型机器人大范围开发和应用，助力灾后搜救、大型机械设备和基础设施损伤检测等。

3.蜥蜴断尾求生带来设计灵感

新建筑系统可预防全楼倒塌

建筑物倒塌的原因有很多，如地震、车辆碰撞和施工错误等。

一旦发生建筑物倒塌，就可能导致许多人失去生命。

目前用于预防倒塌的设计，是让初始破坏力，重新分布到建筑完好结构组件中，从而防止其扩散。

虽然这种设计很有效，但可能会在无意中使整个建筑倒塌。

受蜥蜴通过断尾摆脱捕食者的启发，研究人员设计了一种新的建筑系统：“层级式倒塌隔离”。

它能让建筑沿着特定截面的预选边缘发生受控断裂，从而防止初始破坏传播到整个建筑，有助人员抢救。

为测试这种层级式倒塌隔离设计，研究人员用预制混凝土建造了一个15米×12米的两层建筑，每层2.6米高。

他们对该建筑进行了两轮测试。第一轮测试模拟了一次较小的初始破坏，即去掉建筑转角两根柱子中的一根。这轮测试证实了该设计能提供传统的结构性支持。

第二轮测试模拟了更极端的初始破坏。他们去掉了转角剩下的那根柱子。

通过这一测试，研究团队注意到，沿着破坏加载路径，只有部分建筑发生了倒塌。

层级式倒塌隔离设计，成功防止了整个建筑结构的坍塌。