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新加坡國立大學(xué)研究團隊開發(fā)出一種平臺，讓實驗室培養(yǎng)的肌肉組織無需外部刺激即可進行“自我訓(xùn)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(dāng)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(qū)動的游泳機器人，游動速度達到每分鐘467毫米，創(chuàng)下骨骼肌驅(qū)動生物混合機器人的最快紀錄。相關(guān)論文日前發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

由于肌肉驅(qū)動執(zhí)行器力量有限，相關(guān)機器人普遍存在運動速度慢、推進力不足、難以執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)等問題。

此次研究的關(guān)鍵靈感來自一種生物學(xué)現(xiàn)象：年輕骨骼肌細胞在成熟過程中會產(chǎn)生自發(fā)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(zhuǎn)化為肌肉“自我訓(xùn)練”機制，用于提升肌肉組織的力學(xué)性能。

在此基礎(chǔ)上，他們設(shè)計了一種“對抗訓(xùn)練”平臺，將兩塊工程化肌肉組織連接，使其在發(fā)育過程中不斷相互拉伸和收縮，形成持續(xù)力學(xué)刺激。該過程無需外部供能，僅靠肌肉自身特性即可連續(xù)訓(xùn)練。

實驗結(jié)果顯示，經(jīng)這種方式培養(yǎng)的肌肉最大輸出力達到7.05毫牛，應(yīng)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(jié)果高出一個數(shù)量級以上。同時，由于采用實驗室常用的商業(yè)肌肉細胞系，該方法也更具可重復(fù)性并有望降低成本。

基于這一成果，團隊開發(fā)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(xiàn)推進的運動方式，由一塊經(jīng)過“自訓(xùn)練”的肌肉驅(qū)動兩條柔性尾鰭。在優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度并施加3赫茲電刺激條件下，其游動速度比采用傳統(tǒng)培養(yǎng)肌肉驅(qū)動的同類機器人提高3倍以上。