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(shù)領(lǐng)域的一個關(guān)鍵瓶頸。

新加坡國立大學的研究人員開發(fā)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(lǐng)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(xù)地相互推拉。

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

這種自訓方法帶來了破紀錄的性能表現(xiàn)。經(jīng)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(qū)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(qū)動的新型柔軟、高效機器人的新類別，在醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測和可生物降解機器人領(lǐng)域具有潛在應用價值。

兩塊肌肉，持續(xù)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(fā)育過程中會自發(fā)收縮。研究人員沒有忽視這些收縮，而是將其用作一種內(nèi)置的訓練機制。

他們設(shè)計了一個系統(tǒng)，將兩塊肌肉組織通過一個滑動結(jié)構(gòu)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(xù)的運動循環(huán)，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(fā)收縮。因為兩塊組織是連接在一起的，它們會持續(xù)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(jīng)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(yè)細胞系，使其更易于復制和規(guī)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(jīng)過訓練的肌肉驅(qū)動柔性尾巴，該機器人的游泳速度比使用傳統(tǒng)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(tǒng)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(diào)整機器人的運動，甚至可以利用拍手等聲音提示來觸發(fā)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(qū)動的機器人要么持續(xù)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?qū)ν獠啃盘栕龀銮逦姆磻?，類似于神?jīng)在體內(nèi)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(qū)動的機器人感興趣，因為生物驅(qū)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(tǒng)的性能一直受到培養(yǎng)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(lǐng)域的一個關(guān)鍵瓶頸，為開發(fā)能力更強的生物混合系統(tǒng)打開了大門。

展望未來，研究人員正致力于開發(fā)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(yī)療植入物或部署在脆弱生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境傳感器。

該研究發(fā)表在《自然·通訊》期刊上。

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