圖片來源：Anatoly Patsyk， Uri Sivan， Mordechai Segev & Miguel A。 Bandres

　　光波在不均勻的介質中傳播、受到干擾時，會偏離此前的傳播方向，向各個方向散射。從蔚藍的天空到深邃的海水，自然界的很多現象都可以用光的散射來解釋。而在最新一期《自然》雜志的封面文章中，以色列理工學院的研究團隊首次發現，光線可以以一種不同尋常的方式散射：形成類似于河流支流的“分支流”(branched flow)。

　　“分支流”現象最早是2001年在電子中發現的，在此之后，科學家又在從微波到宏觀的海浪等不同波中觀測到這一現象。某種波形成分支流的條件是，波的長度存在差異，并且其受到的干擾的變化長度遠超波長本身。不過，人們一直沒有在光波中發現這種現象。

　　最新研究的通訊作者Mordechai Segev表示，他們取得的這一發現同樣有些出乎意料。當他們將激光固定、射向經特殊處理而保持不破裂的肥皂泡時，由于肥皂膜的厚度在隨機變化，他們原本期望看到離開肥皂膜的光出現無序的斑點。但令研究人員感到意外的是，在精準的控制之下，光線分流了，并且分出來的光線會繼續分流，形成無數的分支。他們進一步證實，這個通過顯微鏡甚至肉眼就能觀測到的現象，就是光波的分支流。

　　研究團隊指出，無論是在球面還是平面的肥皂膜上，光的分支流都會出現。當肥皂膜中的分子對光波施加作用力時，光波的作用力也會影響、輕微移動膜中的分子，從而影響光波的傳播。這項發現不僅可以讓物理學家更好地理解波動現象，還能幫助理解光線在時空中的傳播。根據廣義相對論，大質量天體會使得周圍的時空彎曲。而光線通過肥皂膜球面時產生的現象，使其有可能成為研究宇宙的有效模型。

　　白細胞在人體內“走迷宮”的特殊技巧

　　一些研究發現，為了快速到達目的地，一種間充質細胞如成纖維細胞，會消化掉沿途的障礙物，留下一條可通過的隧道。這一移動策略已經相當高明，但相比之下，白細胞更勝一籌：它們不僅能在組織的細胞中穿行，不傷害其他細胞，它們的移動速度足足是成纖維細胞的100倍，累計移動速度達到每小時10萬千米。

　　奧地利科技學院的科學家對這一現象十分驚訝，他們對白細胞移動的研究成果，發表于最新的《自然》雜志。白細胞的細胞形態有點像變形蟲，能自動拉伸成各種形狀。它們是血液中三種主要的細胞之一，通常情況下身體呈扁平狀，可以從血管壁細胞之間溜出去。它們會向一些趨化因子產生的源頭移動，找到入侵細菌、癌細胞、衰老或損傷的細胞。

　　但是，一旦它們從血液進入人體的組織，無疑就是進了一個天然的迷宮。雖然趨化因子的濃度能幫助它們確認方向，但通向其源頭的道路依舊有很多條。研究人員發現，通過變形的身體，它們能將身體同時伸向多個方向。而最終確定那一條障礙物最少，還需歸功于它們體內存在的“尺子”——細胞核。

　　在細胞之間移動時，白細胞的細胞核會位于細胞的前方，它能利用身體的變形性，用細胞核去測量每一條路徑，最終選擇出最寬的路徑。與此同時，緊隨細胞核的微管組織中心會把伸向其他路徑的“觸角”收回，防止白細胞打結。研究人員表示，雖然白細胞移動的原理比較簡單，但正是因為不斷重復著這一過程，它們有著驚人的移動速度，最終保護了人體的健康。

　　游泳比水母更快的水母機器人

　　在一項發表于《先進材料技術》的文章中，美國北卡羅萊納州立大學和天普大學的研究人員開發出了以水母為靈感的軟體機器人，這種機器人的游泳速度甚至可以戰勝它們在自然界中的原型——水母。更重要的是，水母機器人展示了一種使用預應力聚合物改進軟體機器人的新技術。

　　北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程助理教授、新研究論文的通訊作者尹杰說：“我們之前的工作主要在制造以獵豹為靈感的軟體機器人，雖然這種機器人的速度非?？?，但它的內脊仍然是硬質的。這次我們想制造一個完全軟體的機器人，沒有硬質內脊，但仍利用在兩個穩定狀態之間切換的概念，使軟體機器人更有力和更快地移動。給我們靈感的動物之一就是水母。”

　　研究人員將由同一種彈性聚合物制成的兩層材料粘合在一起，制造了他們的新型軟體機器人。下層聚合物被拉伸，其厚度簡寫為hb(即Bottom layer，下層);上層內部包含一個充氣通道，沒有進行預應力處理，其厚度簡寫為ht(Top layer，上層)。

　　尹杰說：“我們可以通過將空氣泵入通道層，使機器人能夠‘彎曲’，我們通過控制預應力層的相對厚度來控制彎曲的方向。”

　　這個原理還解釋了研究團隊創造的一種可以快速爬動的軟體爬蟲機器人。它就像一只毛毛蟲，先蜷縮起身體，然后向前跳躍，迅速釋放出儲存的能量。較大預應力的材料彎曲程度也越大。預應力越大，單次跳躍中能夠提供的能量也更多，但同時彎曲程度的增大會減少單次步幅。所以在實驗條件中，這種爬蟲機器人的最快運動速度出現在預應力的中間值20%時，而非最大或最小值時。

　　水母機器人更為復雜，從爬蟲機器人的條狀二維結構變成圓形三維結構。預應力圓形層被同時向四個方向拉伸。無應力層的結構也相應變化，由環狀的空氣通道組成。最終形成是一個看起來像水母的圓頂。

　　當水母機器人“放松”時，圓頂就會彎曲起來，就像一個淺碗。當空氣被泵入通道層時，結構發生反向彎曲，由“碗”變成平，再變為反向的“盤”，將水向后推出，并推動自身向前推進。在實驗測試中，水母機器人的平均速度為每秒53.3毫米。相比于研究人員所考察的三種自然界水母的平均運動速度，都不超過每秒30毫米的情況下，這個表現相當不錯。

　　最后，研究人員制造了一個三爪抓取機器人。當抓舉物體時，夾具通常在“放松”狀態時會打開，然后在抬升時需要能量保持抓緊的動作。但是尹杰和合作者使用預應力層來制造夾具，其默認位置是緊閉狀態。打開夾持器需要能量，但一旦它們就位，夾住物體，夾持器就會返回到默認的“靜止”模式，緊緊抓住貨物。

　　尹杰說：“這樣做的好處是，在運輸過程中，不需要額外的能量，從而可以更有效地抓住物體。”