467毫米/分鐘：自訓肌肉驅動生物混合機器人創下最快速度紀錄

新加坡國立大學打造出自訓肌肉組織，為迄今速度最快的生物混合機器人提供動力，消除了機器人技術領域的一個關鍵瓶頸。

新加坡國立大學的研究人員開發出一種新方法，通過讓實驗室培育的肌肉進行自我訓練來使其更加強健，從而消除了生物混合機器人領域的一個主要限制。

該團隊搭建了一個平臺，將兩塊工程化肌肉組織連接起來，使它們能夠持續地相互推拉。

在早期發育過程中，隨著肌肉自然收縮，它們實際上創造了自己的鍛煉方式，無需外部刺激或控制系統。

這種自訓方法帶來了破紀錄的性能表現。經過強化的肌肉為一種名為OstraBot的生物混合游泳機器人提供了動力，該機器人的速度達到了每分鐘467毫米，這是所有已報道的骨骼肌驅動機器人中最快的速度。

這項突破可能有助于開啟由活體細胞驅動的新型柔軟、高效機器人的新類別，在醫學、環境監測和可生物降解機器人領域具有潛在應用價值。

兩塊肌肉，持續訓練

這個想法基于一種已知的生物行為：未成熟的肌肉細胞在發育過程中會自發收縮。研究人員沒有忽視這些收縮，而是將其用作一種內置的訓練機制。

他們設計了一個系統，將兩塊肌肉組織通過一個滑動結構連接起來。當一塊肌肉收縮時，它會拉伸另一塊肌肉，后者則會隨之收縮。這就形成了一個連續的運動循環，隨著時間的推移，兩塊肌肉都會得到強化。

"隨著細胞成熟，它們自然地開始自發收縮。因為兩塊組織是連接在一起的，它們會持續地相互推拉，實際上是在沒有任何外部控制的情況下進行鍛煉，"助理教授譚育軍說。

經過訓練的肌肉達到了7.05毫牛頓的最大力和8.51毫牛頓每平方毫米的應力，顯著高于典型的實驗室培育肌肉的性能。

該方法還使用了一種廣泛可用的商業細胞系，使其更易于復制和規模化。

隨后，這些更強壯的肌肉被整合到OstraBot中，這是一種模仿箱鲀游泳方式的仿魚機器人。

通過使用一塊經過訓練的肌肉驅動柔性尾巴，該機器人的游泳速度比使用傳統肌肉組織的版本快三倍以上。

更強壯的肌肉，更智能的機器人

除了速度，該系統還展示了更強的可控性。研究人員可以通過改變電信號來調整機器人的運動，甚至可以利用拍手等聲音提示來觸發其啟動和停止。

"拍手表明機器人不僅是活的——它還是可控的。過去，肌肉驅動的機器人要么持續移動卻缺乏清晰的控制，要么太弱而無法做出可見的響應。我們強化后的骨骼肌使機器人能夠對外部信號做出清晰的反應，類似于神經在體內控制肌肉的方式，"譚育軍助理教授說。

"多年來，研究人員一直對制造由活體肌肉驅動的機器人感興趣，因為生物驅動在微小尺度上是柔軟、適應性強的且能量高效的。然而，這些系統的性能一直受到培養骨骼肌力量輸出低的限制。"
研究團隊表示，這項工作消除了該領域的一個關鍵瓶頸，為開發能力更強的生物混合系統打開了大門。

展望未來，研究人員正致力于開發完全可生物降解的機器人，這些機器人在完成任務后可以安全分解。這類機器人可能包括臨時醫療植入物或部署在脆弱生態系統中的環境傳感器。

該研究發表在《自然·通訊》期刊上。

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