生物混合機械人游泳速度創紀錄

新加坡國立大學研究團隊開發出一種平台，讓實驗室培養的肌肉組織無需外部刺激即可進行“自我訓練”。研究人員將兩塊肌肉組織機械耦合，使其不斷相互拉伸，其自然收縮過程相當於全天候鍛煉。他們基於這一方法製造了一款由活體肌肉驅動的游泳機械人，遊動速度達到每分鐘四百六十七毫米，創下骨骼肌驅動生物混合機械人的最快紀錄。相關論文日前發表於《自然 · 通訊》雜誌。

由於肌肉驅動執行器力量有限，相關機械人普遍存在運動速度慢、推進力不足、難以執行複雜任務等問題。

此次研究的關鍵靈感來自一種生物學現象：年輕骨骼肌細胞在成熟過程中會產生自發收縮。這種收縮通常從分化第三天開始，在第五天達到最強，隨後逐漸減弱。團隊首次將這一自然過程轉化為肌肉“自我訓練”機制，用於提升肌肉組織的力學性能。

在此基礎上，他們設計了一種“對抗訓練”平台，將兩塊工程化肌肉組織連接，使其在發育過程中不斷相互拉伸和收縮，形成持續力學刺激。該過程無需外部供能，僅靠肌肉自身特性即可連續訓練。

實驗結果顯示，經這種方式培養的肌肉最大輸出力達到七點○五毫牛，應力達到每平方毫米八點五一毫牛，均為該類細胞系在生物混合機械人研究中的最高水平，比此前同類研究結果高出一個數量級以上。同時，由於採用實驗室常用的商業肌肉細胞系，該方法也更具可重複性並有望降低成本。

基於這一成果，團隊開發出仿生游泳機械人OstraBot。該機械人借鑒箱魨主要依靠尾部擺動實現推進的運動方式，由一塊經過“自訓練”的肌肉驅動兩條柔性尾鰭。在優化結構剛度並施加三赫茲電刺激條件下，其遊動速度比採用傳統培養肌肉驅動的同類機械人提高三倍以上。

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