生物混合机器人游泳速度创纪录 焦点快报

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新加坡国立大学研究团队开发出一种平台，让实验室培养的肌肉组织无需外部刺激即可进行“自我训练”。研究人员将两块肌肉组织机械耦合，使其不断相互拉伸，其自然收缩过程相当于全天候锻炼。他们基于这一方法制造了一款由活体肌肉驱动的游泳机器人，游动速度达到每分钟467毫米，创下骨骼肌驱动生物混合机器人的最快纪录。相关论文日前发表于《自然·通讯》杂志。

由于肌肉驱动执行器力量有限，相关机器人普遍存在运动速度慢、推进力不足、难以执行复杂任务等问题。

此次研究的关键灵感来自一种生物学现象：年轻骨骼肌细胞在成熟过程中会产生自发收缩。这种收缩通常从分化第3天开始，在第5天达到最强，随后逐渐减弱。团队首次将这一自然过程转化为肌肉“自我训练”机制，用于提升肌肉组织的力学性能。

在此基础上，他们设计了一种“对抗训练”平台，将两块工程化肌肉组织连接，使其在发育过程中不断相互拉伸和收缩，形成持续力学刺激。该过程无需外部供能，仅靠肌肉自身特性即可连续训练。

实验结果显示，经这种方式培养的肌肉最大输出力达到7.05毫牛，应力达到每平方毫米8.51毫牛，均为该类细胞系在生物混合机器人研究中的最高水平，比此前同类研究结果高出一个数量级以上。同时，由于采用实验室常用的商业肌肉细胞系，该方法也更具可重复性并有望降低成本。

基于这一成果，团队开发出仿生游泳机器人OstraBot。该机器人借鉴箱鲀主要依靠尾部摆动实现推进的运动方式，由一块经过“自训练”的肌肉驱动两条柔性尾鳍。在优化结构刚度并施加3赫兹电刺激条件下，其游动速度比采用传统培养肌肉驱动的同类机器人提高3倍以上。

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