通过仿真学习实现无实验外骨骼辅助

外骨骼在改善人类运动性能方面具有巨大潜力。然而，其发展和广泛传播受到长时间人体测试和手工控制规则的限制。

研究组展示了一种在仿真中学习通用控制策略的无实验方法。该仿真学习框架利用动力学感知的肌肉骨骼和外骨骼模型，以及数据驱动的强化学习，在没有人体实验的情况下弥合模拟与现实之间的差距。

学习控制器安装在定制的髋关节外骨骼上，可在不同的活动中自动生成辅助，步行、跑步和爬楼梯的代谢率分别降低24.3%、13.1%和15.4%。该框架为快速开发各种辅助机器人并将其广泛应用于身体健全或行动不便的人提供了一种可推广和可扩展的策略。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07382-4

一种多光谱透明胶肽玻璃可自修复

尽管玻璃具有无序的类液体结构，但亦表现出类固体的机械性能。玻璃质材料的形成通过玻璃化进行，防止结晶和形成无定形结构。由于其独特的光学、化学和机械性能以及耐用性、多功能性和环境可持续性，玻璃是材料科学各个领域的基础。然而，在不影响其性能的情况下，工程设计玻璃材料颇具挑战性。

研究组报道了一种由短芳香三肽YYY与结构水非共价交联引发的自发自组织形成的超分子无定形玻璃，其独特结合了经常相互矛盾的多种属性，高度刚性但可在室温下进行完全的自修复。

此外，超分子玻璃是一种极强的黏合剂，但其在从可见光到中红外的宽光谱范围内是透明的。研究组在由天然氨基酸组成的简单生物有机肽玻璃中观察到了这种特性，这代表了一种多功能材料，可助力科学和工程中的各种应用。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07408-x

用原子分辨率成像六方冰的表面结构和预融化

冰表面与许多物理和化学性质密切相关，如融化、冻结、摩擦、气体吸收和大气反应。尽管进行了大量的实验和理论研究，但由于脆弱的氢键网络和复杂的预融化过程，冰界面的确切原子结构仍难以捉摸。

研究组利用基于qPlus的具有一氧化碳功能化尖端的低温原子力显微镜，实现了六方冰（冰Ih）基础表面结构的原子分辨率成像。结果发现晶体冰Ih表面由Ih和立方（Ic）堆叠的混合纳米畴组成。

密度泛函理论表明，通过最小化悬空OH键之间的静电排斥，这种重构表面在理想冰表面上保持稳定。研究组还观察到，随着温度升高，冰表面逐渐变得无序，这表明预融化过程的开始。

表面预融化发生在Ih和Ic畴之间的缺陷边界处，并可通过形成平面局部结构来促进。这些结果终结了长期以来关于冰表面结构的争论，并揭示了冰预融化的分子起源，或引起对冰物理和化学理解的范式转变。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07427-8

选择性木质素芳基化助力生物质分馏和环境友好双酚

木质纤维素主要由疏水木质素和亲水多糖聚合物组成，是绿色生物精炼不可或缺的碳资源。当对其进行化学处理时，木质素因阻碍下游过程的有害分子内和分子间交联而受到损害。目前的增值范式旨在通过阻断或稳定木质素的脆弱部分来避免形成新的C-C键，即自缩合。

尽管人们已经努力通过引入酚类添加剂来提高生物质的利用率，但尚未证实利用木质素的缩合倾向可将木质素和碳水化合物都增值为高价值产品。

研究组通过高亲核性木质素衍生酚在催化芳基化途径中引导C-C键形成来充分利用这种缩合倾向。选择性缩合的木质素以接近定量的产量分离，同时保留其优异的可裂解β-醚单元，可在涉及芳基迁移和转移氢化的串联催化过程中解聚。因此，木材中的木质素被转化为环境友好的双酚，代表了其化石基同类物质的性能优势替代品。

源自纤维素的脱木质素纸浆和源自木聚糖的木糖，可共同生产纺织纤维和可再生化学品。这种缩合驱动的策略代表了一项与其他颇具前景的单酚导向方法相辅相成的关键进展，这些方法均针对有价值的平台化学品和材料，从而有助于整体生物质增值。

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https://doi.org/10.1038/s41586-024-07446-5

（未玖编译）