以下為原文翻譯：
汗毛是從某些細胞表面延伸出來的感覺結構。已知這些毛髮狀結構有助於包括人類在內的各種生物體的感覺運動能力。
為了發揮其生理功能，汗毛必須同步跳動。儘管過去的許多研究已經開始探索汗毛同步化，但其生物學和機械基礎尚未完全了解。部分原因是很難在體內樣本和受控實驗條件下研究汗毛。
中國科學院物理研究所的研究人員最近推出了一個新平台，可用於重建汗毛的力學機制並研究它們在受控環境中的行為。他們提出的汗毛建模系統發表在《物理評論快報》上，由一系列名為HEXBug的自動推進機器人組成。
該論文的合著者楊明成告訴Phys.org：「這個項目是在夏亦明和鬍子賢為了好玩而建造了一系列HEXBug機器人後出現的，這些機器人最初是用於研究自主推進器的集體運動。」
「令人驚訝的是，他們發現錨定在共享鹼基上的兩條HEXBug鏈可以同步跳動。我們立即意識到，錨定的HEXBug鏈的行為與生物汗毛類似，可以用於研究單獨由機械耦合引起的汗毛之間的同步（即，沒有水動力效應）。"
該論文的合著者大衛博士是biophilia專家，長期以來一直在研究生物模式生物大黃衣藻中絨毛的同步性。作為他最近工作的一部分，他評估了機器人系統實驗複製毛髮行為的潛力。
楊說：「為了了解錨定HEXBug鏈的有趣動力學的機械基礎，我們基於連接的自驅動粒子建立了一個簡化的理論模型。」「隨後，夏亦明在廣泛的系統參數下進行了布朗動力學模擬，並成功重現了實驗觀察結果。"
Xia進行的模擬用於模擬系統中不同步態之間的競爭和轉變，同時準確預測其熱力學。這反過來可以用於探索可能控制汗毛行為進化的能量規則，特別是不同的同步步態如何競爭和出現能量。
「經過一些嘗試，我們意識到當前的簡單系統正在向能量消耗最大的穩態發展，即最大的熵生產，」楊說。
研究團隊創建的模型系統由一系列微型機器人（稱為HEXBug機器人）組成，這些機器人相互連接形成鏈條。為了連接機器人，研究人員使用了一些通過3D列印製作的帽子。這些蓋子上的關節定義了相鄰HEXABUG機器人可以彎曲的最大角度。這個角度最終控制系統產生的汗毛跳動運動的形狀。
在將兩條鏈錨定在同一個底座上（類似於藻類細胞體）並在底座上加載不同的重量後，楊和他的同事發現更強的摩擦力（更大的重量）阻礙了鏈的同步能力。此外，他們還將人工睫毛系統的電源改為外部直流電源。這使得他們能夠控制系統的有效驅動力，該驅動力與所施加的電壓有關。
「這些實驗系統在模擬中得到了很好的建模，」楊說。「HEXBUGS被抽象為一個自推進杆，它們的機械相互作用由連接彈簧捕獲，底座的摩擦力和主動驅動力作為兩個主要控制參數。在系統地描述了模擬系統並利用實驗結果對其進行基準測試後，我們相信模擬捕捉到了真實設置的本質。"
作為研究的一部分，該團隊在模擬和實驗環境中部署了他們的系統。該模擬系統為他們提供了探索系統參數空間的巨大可能性，以對步態轉變和基本物理進行詳細預測。
楊解釋說：「模擬可以計算出能量，而通過實驗是不可能準確計算出的。」
Yang和他的同事成功開發了一個受控平台，可用於研究在睫毛中觀察到的機械介導的同步行為。未來，他們提出的系統可以被世界各地的其他研究人員使用，以進一步推進對汗毛及其基礎物理學的理解，而這些物理學通常很難通過實驗探索。
「這個平台可以用於以受控的方式實現和研究複雜的毛髮行為，」楊說。「這可能有助於研究汗毛同步化的生物物理學家測試他們的工作假設。"
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原文：https://phys.org/news/2024-08-robotic-platform-complex-ciliary-behavior.html
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