《自然》：小鼠寿命成功延长25%；月球基地选址有着落了？有光就能飞的微飞行器；提前5分钟预测疯狗浪 | 一周论文新鲜读

7.22

本周值得读

来自《自然》旗下期刊的最新发表，我们为您精选呈现。

1. 月球地貌下发现潜在可进入洞道

2. 最多可提前5分钟预测疯狗浪的工具

3. 抑制一种炎症蛋白能延长小鼠寿命

4. 通过模拟学习提升外骨骼性能

5. 调查土卫六的海洋

6. 太阳能驱动的微型飞行机器人

行星科学 | 月球地貌下发现潜在可进入洞道

Radar evidence of an accessible cave conduit on the Moon below the Mare Tranquillitatis pit

Nature Astronomy

《自然-天文学》发表的一篇论文报道了月球上源自一露天坑的潜在可进入地下洞道的证据。研究结果增进了我们对月球地质的认知，以及其在未来月球表面载人任务中充当庇护所的潜在作用。

月球表面已发现200多个被称为“天窗”（skylight）的坑，其中一些形成于地下熔岩管塌陷之后。可进入的熔岩管或通道或能提供一个比月球表面更温暖的环境。但之前一直不确定它们是否能通向大型地下洞穴。

意大利特伦托大学的Leonardo Carrer、Lorenzo Bruzzone和同事分析了来自月球勘测轨道飞行器的静海坑（Mare Tranquillitatis Pit）雷达数据——静海坑是月球上已知最深的坑，半径约为100米，有垂直坑壁或悬壁，坑底倾斜。作者观察到该坑西侧的雷达亮度上升。作者利用雷达图像进行了模拟，发现这些观测结果能用存在一个从坑底西侧扩张的洞穴空隙或管道来解释。团队估计这个管道位于130-170米深处，长30-80米，宽约45米。该洞穴可能是平坦的或呈最大45度角倾斜，而且可能可以进入。

作者认为，火山管或通道可能是月球平原下的一个常见地貌，而静海坑及其通道可能是潜在月球基地的一个理想选址。研究使用的方法或也适用于评估和表征其他月球坑以发现更多通道。

工程学 | 最多可提前5分钟预测疯狗浪的工具

Prediction of freak waves from buoy measurements

Scentific Reports

《科学报告》发表的一项研究介绍了一种新工具，能最多提前5分钟预测海上异常巨大、不可预测的海洋波浪，即所谓“疯狗浪”（rogue wave）的产生。作者认为这一工具能用于为船舶和近海平台提供预警，让这些场所工作的人员能够寻求庇护、执行紧急停机，或采取机动措施最小化即将到来的巨浪的影响。

美国马里兰大学的Thomas Breunung和Balakumar Balachandran开发的这个工具由一个神经网络构成，该网络经过训练可区分海洋波浪有无后继疯狗浪。作者用于训练该神经网络的数据库中包含了美国和太平洋岛屿海岸附近172个浮标的1400万段30分钟的海面高程测量样本。他们使用自己的工具，利用来自相同浮标的4万个海面高程测量构成的另一个数据集来预测疯狗浪的出现。

作者发现，他们的工具能正确预测75%在未来1分钟内出现的疯狗浪和73%在未来5分钟内出现的疯狗浪。这一工具还能以75%的准确率，预测未来1分钟内出现在未被包含于训练数据集中的两个浮标附近的疯狗浪。这凸显出该工具或可在新地点预测疯狗浪。

作者认为，通过结合水深、风速和波浪位置数据，还可以进一步改进这个工具预测的准确性和提前预警时间。他们补充说，未来研究还可预测将至疯狗浪的高度或可能出现的时间。

衰老 | 抑制一种炎症蛋白能延长小鼠寿命

Inhibition of IL-11 signalling extends mammalian healthspan and lifespan

Nature

《自然》发表的一项研究报道了促炎蛋白IL11在小鼠中的衰老效应。研究发现，抑制该蛋白能改善老年小鼠的健康，延长它们的寿命。抑制人体内IL11的效应仍有待观察，但已有早期临床试验在测试这种疗法对纤维化肺疾病患者的效果。

与健康和寿命相关的生物信号通路常受到衰老的干扰，而促炎信号传导便是在衰老中受影响的一个通路。杜克-新加坡国立大学医学院的Anissa Widjaja、Stuart Cook和同事研究了IL11（一种介导炎症的信号传导蛋白）这种促炎细胞因子如何影响小鼠的年龄相关性疾病和寿命。他们发现，IL11会随小鼠年龄增加而上调，并证明了这种细胞因子水平上升会激活与衰老相关的信号传导通路。

基于这些观察，作者研究了干扰IL11活性会如何影响小鼠的年龄相关性疾病和寿命。去除与IL11表达相关的基因被证明能防止年老时的代谢衰退、多种疾病和身体虚弱，同时能将两种性别的寿命平均延长24.9%。用一种抗体抑制IL11能改善代谢和肌肉功能，同时减少衰老和虚弱的迹象，这种效应在雄性和雌性小鼠中都存在。在大于75周龄（相当于人类55岁）的小鼠中，抑制IL11能使雄性小鼠寿命延长22.4%，雌性延长25%。抑制IL11似乎还能降低年龄相关性癌症发生率——之前曾有人提出这种假说。

这些发现共同表明，抗IL11疗法能改善衰老动物的健康，延长它们的寿命，但仍需开展进一步研究确定这一结果是否适用于人类。

生物医学工程 | 通过模拟学习提升外骨骼性能

Experiment-free exoskeleton assistance via learning in simulation

Nature

《自然》发表的一项研究报道了一种能加速外骨骼控制系统开发的模拟框架，这种外骨骼能辅助现实世界场景中的运动。研究显示，这个框架或有助于推动外骨骼和义肢等装置的广泛应用。

外骨骼能显著提升人类运动，恢复残疾人士的运动能力。不过，当前的控制器在匹配不同个体需求和任务涉及的复杂人体运动时仍面临挑战。它们通常需要开展大量的人体测试，依赖手工制作的规则，这限制了它们的广泛应用。之前的模拟研究并不包含控制器设计，也未考虑人类-机器人交互，这给从模拟到现实世界应用的过渡带来了挑战。

为克服这些挑战，美国北卡罗莱纳州立大学的苏浩和同事开发了一个能从人类-装置交互中学习的框架，该框架不需要漫长的人体实验和人力资源。作者开发了能在模拟中生成人体运动、肌肉协调和外骨骼控制的三个互联神经网络。作者随后用他们的模型开展了数百万次模拟试验，该模型能从人体移动数据中学习。为测试他们控制器在现实世界场景中的成功率，作者对一名佩戴髋关节外骨骼的使用者进行了实验，并在使用者进行跑步、走路和爬楼梯这类运动任务时进行监测。最后得到的数据（测量力矩）会显示使用者不同运动形式下的形状变化以及辅助程度。研究发现，他们的控制器让使用者的代谢率在行走时降低24.3%，跑步时降低13.1%，爬楼梯时降低15.4%，表明整体上控制器能在不同活动中成功协助使用者。

今后仍需开展进一步研究拓宽这些控制器的应用范围，从而让辅助外骨骼应用于更多的个体和任务。

天文学 | 调查土卫六的海洋

Surface properties of the seas of Titan as revealed by Cassini mission bistatic radar experiments

Nature Communications

《自然-通讯》的一篇论文揭示了土星最大卫星土卫六上海洋的组成和粗糙度。研究结果表明，这些液态碳氢化合物的海洋（克拉肯海、丽姬亚海和蓬加海）可能有着不同的组成成分、活跃潮汐流、小规模波浪，以及河口和盆地间海峡附近增加的粗糙度。

土卫六的地貌特征是大片沙丘地、平坦的平原以及有着大片液态碳氢化合物湖海的极地地区。“卡西尼”号航天器对土卫六的探索让我们对其复杂的类地水文系统（主要成分是甲烷而非水）有了很多了解。尽管“卡西尼” 号揭示了这颗卫星的许多情况，但它的雷达观测只能提供有关土卫六液态海洋的有限信息，海洋的性质仍然充满疑问。

为了调查土卫六的海洋和大气是如何相互作用，美国康奈尔大学的Valerio Poggiali和同事分析了“卡西尼”号任务2014年至2016年在土卫六极地海洋收集的双基雷达数据。在进行双基观察时，克拉肯海、丽姬亚海和蓬加海主体处于水平状态，水面没有大型扰动。他们发现不同海洋的液体组成存在差异，与甲烷-乙烷混合比的差异相一致。与河口有关的数据表明，富含甲烷的河流其乙烷含量可能较大海更低。作者通过海面散射估算出小尺度的粗糙度（数毫米级别），表明存在较小的表面波浪。高粗糙度集中在河口和盆地间海峡附近的沿岸区域，或表明这里存在活跃潮汐流。

这些发现增进了我们对土卫六海洋组成和表面特征的了解。

工程学 | 太阳能驱动的微型飞行机器人

Sunlight-powered sustained flight of an ultralight micro aerial vehicle

Nature

《自然》发表的一篇论文报道了一个能持续飞行的太阳能驱动的超轻型微飞行器。该飞行器比现有太阳光驱动的飞行器更轻更小，或能应用于长距离、长程的空中侦察。

微飞行器有应用于通讯及环境救援和监测的潜力。不过，目前的微飞行器航时较短——重量低于10克的飞行器通常航时不到10分钟，限制了它们的实用性。传统的飞行器使用电磁电机，其效率会随飞行器体积变大而降低。阳光是另一种动力源，但当前的太阳能驱动装置无法利用该方法实现无线飞行。

为克服这些挑战，漆明净和同事设计了“CoulombFly’”，这是一款能无线飞行的超轻型太阳能驱动微飞行器。CoulombFly重4.21克，能在自然光条件下持续飞行。该装置将由一个电机和一个10厘米推进器组成的静电推进系统与一个高压电力变换器、太阳能电池相结合。这使得该装置具有较高的升力至推力效率以及较低的能耗。这些太阳能电池能产生低的直流电源，再通过电力变换器转换成高的直流电压。这个高直流电源再被传输至电机，使电机旋转并产生扭矩，驱动推进器和装置升空。在一次耐久性测试中，该装置能持续飞行1小时，并且没有出现性能退化。

作者认为，CoulombFly是目前设计出的最轻最小的太阳光驱动的飞行器。他们认为，他们的系统提高了这类装置的航程，有望增加它们未来的潜在应用。

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