일반적으로 정자는 부드러운 꼬리를 두드 리거나 회전 시켜서“수영”한다는 데 동의합니다. 그러나 과학자들이 이끄는 연구팀은 광선 정자가 꼬리와 머리를 모두 회전시켜 움직이는 것을 발견했습니다. 팀은 모션 패턴을 추가로 조사하고 로봇으로 시연했습니다. 그들의 연구는 미생물의 움직임에 대한 지식을 확장하고 로봇 공학 설계에 영감을 불어 넣었습니다.
놀라운 발견
이 연구는 "이종 이중 나선 (HDH) 모델"이라고 부르는 광선 정자의 새롭고 독특한 운동 모드를 공개했습니다. "실제로 우연한 발견이었습니다."
이 모든 것은 골격이 전체 또는 대부분 연골로 구성된 상어와 가오리를 포함한 연골 어류 양식을위한 인공 수정 기술을 개발하는 팀의 또 다른 연구에서 시작되었습니다. “Cartilaginous fish는 COVID-19를 포함한 질병에 대한 항체를 생산하는 '공장'으로 사용될 수 있습니다. 그래서 우리는 고 부가가치 양식을 위해 양식하기 위해 인공 수정 기술을 개발하고 싶었습니다.”라고 그는 말했습니다.
그 과정에서 연구팀은 현미경으로 광선 정자의 독특한 구조와 수영 운동을 처음 관찰했을 때 크게 놀랐습니다. 그들은 광선 정자의 머리가 둥글 지 않고 긴 나선형 구조에 있고 수영 할 때 꼬리와 함께 회전한다는 것을 발견했습니다.
팀은 추진 메커니즘, 특히 움직이는 머리의 정확한 역할을 추가로 조사했습니다. 그들은 광선 정자가 회전 운동을위한 에너지를 제공하는 "중간 부"로 연결된 단단한 나선형 머리와 부드러운 꼬리와 같은 이질적인 나선형 섹션으로 구성되어 있음을 발견했습니다. 광선 정자의 머리는 유전 물질의 "컨테이너"일뿐만 아니라 부드러운 꼬리와 함께 추진력을 촉진합니다.
모션 모드를 더 이해하기 위해 연구팀은 대량의 수영 데이터를 분석하고 나노 스케일에서 정자의 내부 구조를 관찰했습니다. 광선 정자의 머리와 꼬리가 수영 할 때 다양한 회전 속도와 진폭으로 같은 방향으로 회전했기 때문에 팀은 이것을 이종 이중 나선 (HDH) 추진이라고 명명했습니다.
그들의 통계적 분석에 따르면, 머리는 전체 추진력의 약 31 %를 기여했으며, 이는 모든 알려진 정자에서 처음으로 기록 된 머리 추진력입니다. 머리의 기여로 인해 광선 정자의 운동 효율은 꼬리에 의해서만 움직이는 sterlet 및 bull과 같은 다른 종보다 높습니다.
"이러한 비 전통적인 추진 방식은 광범위한 점성 환경에 대한 높은 적응성을 가진 광선 정자를 제공 할뿐만 아니라 우수한 운동 능력과 효율성을 제공합니다."
높은 환경 적응성
환경 적응성은 자연 선택에서 중요합니다. 광선 정자의 머리와 꼬리는 환경 점도에 따라 움직임과 추진에 대한 기여도를 조정할 수 있으며 전진 동작을 위해 다른 속도로 수영 할 수 있습니다. 따라서 광선 정자는 다양한 점도로 다양한 환경에서 이동할 수 있으며 높은 환경 적응성을 보여줍니다.
연구팀은 또한 광선 정자가 고유 한 양방향 수영 능력을 가지고 있다는 사실을 발견했습니다. 즉, 정자는 전진 방향뿐만 아니라 후진 방향으로도 수영 할 수 있다는 의미입니다. 이러한 능력은 자연의 정자, 특히 장애물에 부딪 힐 때 이점을 제공합니다. 그리고 구형 또는 막대 모양의 머리를 가진 다른 정자는 양방향 운동을 할 수 없습니다.
HDH 모델 덕분에 광선 정자의 나선형 머리는 능동적 인 회전 능력을 가지고 있습니다. 머리와 꼬리가 모두 추진에 기여하기 때문에, 그들 사이의 각도는 몸에 측면 힘을 생성하여 광선 정자가 회전 할 수있게하여 높은 유연성을 보여줍니다.
생체에서 영감을받은 로봇이 HDH 모델을 시연합니다.
독특한 HDH 모델은 운동 성과 효율성면에서 광범위한 기능을 보여 주었으며 마이크로 로봇 설계 팀에 영감을주었습니다. 단단한 나선형 머리와 부드러운 꼬리를 가진 생체에서 영감을받은 로봇은 동일한 전력 입력에서 적응성과 효율성 측면에서 기존 로봇보다 유사한 우월성을 보여주었습니다. 점도가 변하더라도 액체가있는 환경에서 능숙하게 움직일 수 있습니다.
이러한 능력은 어려운 엔지니어링 작업을위한 수영 로봇 설계에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 생물 의학 혈관 내부와 같이 복잡한 유체 환경을 가진 인체 내부의 응용 프로그램.