生物混合微型机器人刷新步行速度纪录

驱动中国10月28日消息，苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）发布研究进展，展示一种由小鼠骨骼肌细胞与水凝胶支架构成的生物混合微型机器人，可完成跳跃、奔跑、游泳与抓取等动作。

该研究将活体骨骼肌组织与柔性水凝胶支架整合，并在计算机中进行协同设计，制造出长度约1.5厘米的“生物驱动器”。在电脉冲刺激下，该驱动器可产生肉眼可见的屈曲运动，并带动微型机器人执行跳跃、游泳、爬行和抓取等动作。

团队指出，实验室培养的肌肉组织过去虽具备收缩能力，但收缩幅度通常微小到需要借助显微镜观察，难以真正驱动机器人。新研究重新设计肌肉与支架之间的相互作用，通过算法同步优化肌肉组织的分布、体积以及水凝胶支架的形状与力学特性，使肌肉收缩尽可能高效地转化为整体形变。

在制造环节，团队采用名为 Xolography 的光固化3D打印技术，利用光照固化水凝胶，单个支架的打印时间约为一分钟。实验结果显示，在相近肌肉量条件下，新驱动器的运动幅度最高可达此前系统的11倍。

性能数据方面，一次收缩可让装置从培养皿底部弹起约5毫米，相当于其体长的三分之一；行走版本的速度达到每秒6.2毫米，约合每秒0.4个体长。研究称，这是迄今报道的步行型生物混合机器人最高速度。

该团队同时指出，这类机器人距离现实应用仍较远。其肌肉组织必须浸泡在营养液中才能存活，脱离实验室环境无法工作；若要扩大体积，还可能需要类似“人工血液循环”的系统，持续输送氧气和营养并清除代谢废物。