以下内容是最新的Science Robotics期刊第95期中六篇论文的概述，其中包括两篇前沿技术探讨文章和四篇原创研究论文。
▍《作为未来环形对撞机核心的高科技守护者：机器人技术》
论文标题：《High-tech guardians: Robotics at the heart of the Future Circular Collider》
研究机构：欧洲核子研究中心(CERN)与约翰内斯·开普勒大学
研究背景： 欧洲核子研究中心提出了建造未来环形对撞机(FCC)的宏伟计划，目标是将其打造成现有大型强子对撞机(LHC)的升级版本。FCC的设计目标是实现100 TeV的超高能量对撞，用于研究暗物质、反物质不对称等当前物理学中悬而未决的重大问题。这座巨型设施将建于地下200米深处，隧道总长达91公里，这使得常规的人工维护和巡检方式在安全性和效率方面都面临重大挑战。为此，研究团队提出了一套完整的机器人系统方案，用于实现FCC的自动化巡检、维护和应急响应，确保设施的安全高效运行。
主要创新点：
1.完整的机器人系统设计：该系统整合了FCC所需的日常检查、维护保养和紧急处置等功能，致力于减少人工干预，同时提升整体运行安全性。
2.系统化的研发方向规划：详细阐述了包括隧道通信系统、任务规划策略、机械抓取技术、人机协同方案、虚拟现实远程操作界面、数字孪生技术和抗辐射能力等关键技术的发展路线，为未来五年的机器人技术发展指明了方向。
3.首次系统性论证了在粒子加速器环境中实现全面自动化的必要性，深入分析了该系统对提升FCC数据采集效率和保障工作人员安全的重要意义。
▍《科学实验室向自动化发现工厂的转型之路》
论文标题：《Transforming science labs into automated factories of discovery》
研究机构：北卡罗来纳大学教堂山分校
研究背景： 在新型分子和材料的探索领域，化学、生物化学和材料科学实验室始终处于最前沿，涉及能源开发、催化技术、生物科技和电子工程等众多重要领域。然而，当前的实验室工作仍然高度依赖人工操作来完成合成和表征等任务，这在很大程度上限制了科学发现的速度和效率。虽然机器人和自动化技术能够加快实验进程，提升准确性和可重复性，从而加速解决重大社会问题，但实验室自动化面临着如何适应多样化实验任务的挑战。本研究定义了实验室自动化的五个层次，并深入探讨了将实验室转变为"发现工厂"过程中面临的机器人技术挑战。
主要贡献：
1.提出五层次自动化模型：从基础的人工辅助到完全自动化，全面涵盖了实验室自动化的各个发展阶段。
2.构建多功能实验室应用模型：提出了实验室的通用分层架构，有助于将自动化水平扩展到更多学科领域，适用于从专业化单一流程实验室到综合性研究平台。
3.明确未来技术发展需求：详细分析了实现高度自动化和多功能性实验室所面临的机器人技术挑战，包括实验室中机器人与人类的协同工作、资源调度管理和自动化平台的协调运行等问题。
▍《基于快速锁定追踪技术的户外昆虫高分辨率摄影系统》
论文标题：《High-resolution outdoor videography of insects using Fast Lock-On tracking》
研究机构：弗莱堡大学和昆士兰大学
研究背景： 传粉昆虫，特别是蜜蜂，对生态系统的稳定和农业生产具有不可替代的作用。要深入理解这些昆虫的行为特征，需要在自然环境中对其进行精确观察和记录。实验室内的高速摄像设备虽然能够捕捉细微动作，但无法应用于野外环境。而现有的户外追踪技术（如雷达系统）虽然覆盖范围较大，但在精确度和时间分辨率方面仍有不足。为解决这一技术瓶颈，研究团队开发了创新的快速锁定（Fast Lock-On，FLO）追踪技术。
研究成果：
1.FLO追踪技术创新：利用红外标记和实时反馈系统，实现了对飞行昆虫的高精度追踪和高分辨率影像采集。
2.光学系统集成设计：创新性地将高倍率光学系统与高速摄像头集成在同一光路上，在保持较大视场的同时实现了细节的高清拍摄。
3.无人机搭载方案：成功将FLO系统小型化并集成到无人机平台上，实现了对飞行昆虫的空中追踪能力。
实验验证：
1、在实验室条件下，系统在2×1×1.5米空间范围内的平均追踪误差仅为1.3%（约1.96厘米）。
2、野外实验成功记录了蜜蜂的完整飞行过程，清晰捕捉了翅膀和足部等微小结构的运动细节。
3、通过与GPS数据的融合，成功重建了昆虫的三维飞行轨迹，证实了系统在复杂环境下的实用性。
▍《古生物机器人学：探索生命演化历程的实验方法》
论文标题：《Paleoinspired robotics as an experimental approach to the history of life》
研究机构：剑桥大学
研究意义： 传统古生物学研究常常受限于化石记录的不完整性，难以全面了解已灭绝物种的生理特征。近年来，"古生物机器人学"作为一门新兴学科，将机器人技术引入古生物研究领域，重点研究物种在演化过程中的形态变化及其功能意义。
主要创新：
1.建立了古生物机器人学的理论框架，为研究生物演化提供了新的实验方法。
2.通过具体案例展示了该方法在研究重要演化节点（如从水生到陆生的过渡）中的应用价值。
3.凸显了机器人实验平台在模拟和验证不同解剖特征作用方面的独特优势。
实验结果：
1、水陆过渡研究：基于古代双鳍鱼类设计的机器人模型，揭示了早期四足动物的运动机制。
2、流体动力学分析：通过蛇颈龙仿生机器人研究了其特殊的四肢运动效率。
3、足迹形成机制：利用软体机器人技术模拟研究了恐龙足部结构与地面的相互作用过程。
▍《基于多机器人系统的蜂群行为长期自主观察研究》
论文标题：《Autonomous tracking of honey bee behaviors over long-term periods with cooperating robots》
研究机构：捷克理工大学、格拉茨大学、杜伦大学和中东理工大学联合课题组
研究背景： 蜜蜂女王的行为模式对理解整个蜂群的自我调节机制具有重要意义，但在自然条件下进行持续、长期的观察具有很大挑战性。传统的固定摄像头观测和人工观察方法在数据获取和处理方面都存在明显不足。为克服这些限制，研究团队开发了自主机器人观察系统（AROBA），用于全天候监测蜂群内的多层次行为数据。
研究创新：
1.AROBA系统开发：实现了对蜂王行为的全自动追踪，包括运动轨迹记录、产卵行为观察和社会互动分析。
2.多维度行为分析：系统能够同时监测并量化宏观（整体蜂巢活动）、中观（蜂王移动）、微观（精确定位）和社交（群体互动）等多个层面的关键行为指标。
3.长期稳定性验证：完成了为期30天的连续观测实验，积累了大量高质量的图像和行为数据。
实验结果：
1、蜂王活动追踪：一个月的持续观测显示，蜂王在左侧巢区的停留时间占比达到59%，表明其具有明显的区域偏好性。
2、社会互动记录：系统准确捕捉到了蜂王与工蜂之间的互动行为特征。
3、产卵行为分析：通过高分辨率图像采集，详细记录了蜂王的产卵过程和规律。
▍《创新型心肌细胞机器人操控系统研究》
论文标题：《Robotic manipulation of cardiomyocytes to identify gap junction modifiers for arrhythmogenic cardiomyopathy》
研究机构：大连理工大学，多伦多大学、南开大学和香港中文大学（深圳）
研究背景： 心律失常性心肌病（ACM）是一种严重威胁生命的遗传性疾病，主要由桥粒蛋白质PKP2的突变引起。该病导致细胞连接缺陷和心肌进行性脂肪纤维化，常引发年轻人心脏骤停。PKP2的功能缺陷会破坏心肌细胞间的缝隙连接，阻碍细胞间信号传导，显著增加心律失常风险。然而，传统的缝隙连接功能评估方法存在效率低下和重现性差等问题，严重制约了相关药物的研发进程。
研究创新： 研究团队开发的机器人细胞操控系统集成了数字全息显微技术，能够准确识别心肌细胞的收缩静止状态，在最佳时机实施微注射。系统创新性地采用无标记三维成像技术，通过实时监测细胞高度变化确保注射深度一致性。该系统将智能识别技术与精密操控相结合，不仅实现了高精度的iPSC来源心肌细胞微注射，还建立了一套完整的药物筛选评估体系。这种创新技术大幅提高了实验效率和准确性，为心律失常性心肌病的药物研发开辟了新途径。
实验结果： 研究团队利用该系统对70种离子通道配体进行了系统性筛选。在微注射实验中，系统达到95.2%的注射成功率和90.1%的细胞存活率。通过对iPSC来源的心肌细胞进行评估，成功筛选出五种能显著提升PKP2缺陷细胞缝隙连接渗透性的化合物，这些化合物使细胞间连接功能提升超过50%。其中PCO 400的表现最为突出，在ACM模型小鼠实验中使心跳不规则性指数（RMSSD）降低59.8%，显著改善了心律失常症状。这些实验结果不仅验证了该系统在药物筛选中的实用价值，也为心律失常性心肌病的临床治疗提供了新的研究方向。
