MIT超薄肌肉机器人靠蓝光驱动 在水中以每分钟4倍体长前进

研究成果发表于《先进功能材料》。团队将名为GelMA的甲基丙烯酰化明胶制成支架，并在表面压印沟槽，引导肌肉细胞沿同一方向排列。与此前使用的纤维蛋白凝胶相比，GelMA支架更能承受肌肉收缩，不易随细胞动作皱缩；实验也发现，底部呈方形的沟槽比弧形沟槽更有利于肌细胞排列、融合成纤维并协同发力。研究人员还通过反复闪光刺激“训练”肌肉组织，增强其收缩位移。最终，两片各自控制的肌肉组织构成机器人的左右鳍，研究者可单独驱动一侧或同时驱动两侧，以改变行进方向和速度。

在培养皿水槽中，研究人员手动移动光源，引导机器人穿过简单迷宫。论文报告的直线最高速度约为每分钟4倍机身长度，旋转速度最高约每分钟1200度。MIT称，这一速度远低于奥运游泳选手，但与缓慢游动的牛鲨相近。这里的“导航”依赖外部人员操控光源，机器人尚未具备自主感知、决策或板载控制系统。

论文还报告，优化后的二维肌肉薄膜单位体积收缩力约为三维肌肉组织的20倍；其脱离固定支撑后的功能维持时间，从旧式纤维蛋白结构不足10分钟提升到GelMA结构超过30天。这个30天指肌肉薄膜执行器在实验中的无固定支撑功能寿命，并不代表机器人连续游泳一个月。研究显示，光刺激训练后的组织位移约为未训练对照组的4倍。

该设计旨在解决传统生物混合机器人体积较大、需要大量三维培养肌肉细胞的问题。研究团队认为，柔软、能响应环境且具有一定自我修复能力的活体组织，未来或可用于探索脆弱水域、环境监测等任务。不过研究仍依赖单一小鼠肌细胞系、简单鳍形和外部蓝光刺激；团队表示，下一步将优化机体结构以提高速度，并探索集成微型光源和便携电源。微创手术等应用目前只是远期设想，尚未经过实际验证。