科技日報記者 張佳欣
新加坡國立大學研究團隊開發出一種平臺，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于全天候鍛煉。他們基于這一方法制造了一款由活體肌肉驅動的游泳機器人，游動速度達到每分鐘467毫米，創下骨骼肌驅動生物混合機器人的最快紀錄。相關論文日前發表于《自然·通訊》雜志。
由于肌肉驅動執行器力量有限，相關機器人普遍存在運動速度慢、推進力不足、難以執行復雜任務等問題。
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3天開始，在第5天達到最強，隨后逐漸減弱。團隊首次將這一自然過程轉化為肌肉“自我訓練”機制，用于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”平臺，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7.05毫牛，應力達到每平方毫米8.51毫牛，均為該類細胞系在生物混合機器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，由于采用實驗室常用的商業肌肉細胞系，該方法也更具可重復性并有望降低成本。
基于這一成果，團隊開發出仿生游泳機器人OstraBot。該機器人借鑒箱鲀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。在優化結構剛度并施加3赫茲電刺激條件下，其游動速度比采用傳統培養肌肉驅動的同類機器人提高3倍以上。
