改变未来的前沿科技：更接近室温超导的材料、全运动机械臂、光能抗感染设备

本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

从无所不能的超导材料，到无处不在的微生物；从自然界千千万万神奇的物种，到控制机器人的一行行代码。为了人类的未来，科学家默默地探索着这个世界的每一个角落。每一项前沿研究都是科学家绘制的面向未来的美丽画卷，都寄托了人类对美好生活的无限憧憬。

文 | 闻静

下一代科技革命的明星：超导材料

超导材料具有绝对的零电阻和完全的抗磁性两大特性，几乎在所有涉及电和磁的领域都有用武之地，包括超导电缆、超导限流器、电动机、核磁共振、高能粒子加速器、磁悬浮列车等强电强磁领域，以及超导单光子探测器、超导量子干涉仪、太赫兹器件、超导高频谐振腔、超导量子比特等弱电弱磁领域。

7 月 12 日，清华大学张广铭教授、中山大学王猛教授带领的研究团队在学术期刊《自然》（Nature）上发文，宣告了第二类突破液氮温度（77 K）的非常规超导家族 -- 镍氧化物的发现。

传统的高温超导体 -- 铜氧化物有 Bi 系、Y 系、Tl 系和 Hg 系。Tl 系和 Hg 系存在毒性大等问题，Bi 系和 Y 系存在材料易碎等问题，想实现规模产业化的标准很困难。由于铜氧化物超导材料具有缺陷，因此科学家一直在努力搜寻新的高温超导材料。

第一个镍基超导体为 LnNiO2。此前，科学家已经将镊基氧化物薄膜材料在高压下的临界温度，从 15 K 逐步提升到了 30 K 以上（压力为 12 GPa）。但在 LnNiO₂ 体系一直没有实现单晶或块体的超导，因此，科学家还希望能在其他镍氧化物材料中发现高压下的非常规超导电性。

在新研究中，科学家在 La3Ni2O7 单晶样品中发现高压诱导的约 80 K 超导电性（压力为 14 GPa）。这是镍基超导研究取得的新突破，借助此前在铜氧化物超导体、铁剂超导体领域的积累，科学家一定可以在镍基材料中找到更多的超导体，并进一步突破温度、压力的限制。

折纸机械臂：更灵活，还有水下操作的潜力

模仿软体生物的软体机械臂能够适应复杂的环境，能保证抓取目标的完整性，是软体机器人领域热门的研究方向之一。软体机械臂在工业生产、宇航作业、助老助残、微创手术、复杂环境搜索与探测等领域具有广阔的应用前景。

7 月 19 日，浙江大学徐彦教授和西湖大学姜汉卿教授带领的研究团队在学术期刊《自然・通信》（Nature Communications）上发文，展示了他们在软体机械臂方向上的研究成果 -- 一种基于折纸结构的全运动模式流体驱动模块。

自然界中生物的运动大多都是由 3 种基本的运动类型 -- 弯曲、扭曲和收缩 / 伸展构成。在新研究中，科学家开发的机器单元可以实现弯曲、扭曲和收缩 / 伸展构成以及这 3 种基本类型的 4 种组合，共 7 种不同的运动模式。

串联多个模块，再加上一个抓手，就形成了"折纸机械臂"。折纸机械臂可以完成更复杂、更精细的动作。

科学家优化了传统的连接结构，在时间上，缩短了连接耗费的时间，让各模块在连接后就能立即行使功能，并且可以随意增减驱动单元；在空间上，减少了所需模块的个数，扩大了折纸机械臂的工作空间。

这种具有通用变形模式的折纸机械臂不仅在完成复杂动作上有巨大潜力，在执行复杂环境的任务上也有优势。在实验中，科学家通过放气、吸气来控制模块及机械臂的动作，而液体和气体都具有相同的流体特性，如果在未来利用水驱动模块和机械臂的研究成熟了的话，就可以让折纸机械臂进行水下操作。

监测真菌感染的智能设备：直面耐药性这一世界难题

耐药微生物感染是世界性的公共卫生问题。真菌感染较难治愈，较细菌更容易产生耐药性，因此，对真菌感染进行早期发现和干预非常有必要。科学家为了方便远程医疗开发的一系列智能伤口监测设备也是对细菌感染的监测效果更好一点，要实现对真菌感染的有效监测需要克服更多的困难。

7 月 19 日，香港中文大学唐本忠及赵征带领的研究团队在学术期刊 Matter 上发文，提出了一种智能便携式系统，该系统可在几秒钟内监测真菌感染，并利用光能进行治疗，抗真菌活性超过 96%，能使伤口在 1 周内愈合。

该智能系统采用的是荧光膜传感器，配备了对真菌敏感的聚集诱导发光体材料（AIEgens）作为创面敷料。AIEgens 较传统的荧光材料具有强度高、光稳定性好、可促进活性氧生成的优点。

在智能手机上配置紫外光源和白光光源作为激发源，就可以对创面敷料的荧光变化进行检测。再结合远程通信技术和图像分析技术，该智能系统还可以进行无线数据传输、感染程度分析，这样我们就可以就创口变化情况与医生进行远程沟通。

另外，根据分析结果或者医生的建议，我们还可以将设备切换到光动力治疗模式，即利用低功率白光照射（5 mW / cm²）进行 1 分钟的光动力治疗。

该智能系统在一定程度上促进了智能家居医疗的发展，并且为克服耐药微生物感染这一世界性难题提供了新思路。

参考文献：

• Signatures of superconductivity near 80 K in a nickelate under high pressure | Nature

• Plug & play origami modules with all-purpose deformation modes | Nature Communications

• https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.06.028