來自新加坡國立大學的研究人員近日開發了一種新方法，透過讓實驗室培養的肌肉自我訓練來增強其力量，這一創新有望克服生物混合機器人領域的一個主要限制。該團隊建立了一個平台，將兩塊工程肌肉組織連接在一起，讓它們不斷地相互拉扯。在早期發展過程中，肌肉自然收縮，從而有效地創造了自身的鍛煉，不需要外部刺激或控制系統。這種自我訓練的方法帶來了創紀錄的性能，增強的肌肉驅動了一款名為 OstraBot 的生物混合游泳機器人，達到了每分鐘 467 毫米的速度，這是目前報導中最快的任何由骨骼肌驅動的機器人。
這一突破有可能開啟一類新的柔性、高效機器，這些機器由活細胞驅動，並在醫療、環境監測和可生物降解機器人等領域具有潛在應用。該研究的理念基於一種已知的生物行為：幼稚肌肉細胞在發展過程中會自發收縮。研究人員並沒有忽視這些收縮，而是將其作為內建的訓練機制。他們設計了一個系統，其中兩塊肌肉組織通過一個滑動結構連接在一起。當一塊肌肉收縮時，會拉伸另一塊肌肉，後者隨之反應收縮。這樣就創造了一個持續的運動循環，隨著時間的推移增強了兩者的力量。
隨著細胞的成熟，它們自然開始自發收縮。由於兩塊肌肉組織相連，它們持續相互拉扯，實際上在沒有任何外部控制的情況下進行鍛煉。助理教授 Tan Yu Jun 表示，除了速度之外，該機器人還展示了精確的可控性。經過訓練的肌肉達到了 7.05 毫牛頓的最大力量和每平方毫米 8.51 毫牛頓的應力，這比典型的實驗室培養肌肉性能高出許多。這一方法還使用了一種廣泛可得的商業細胞系，使其更容易重複和擴展。
增強的肌肉隨後被整合到 OstraBot 中，這是一款受箱魚啟發的機器人，模仿其游泳風格。該機器人使用單一訓練過的肌肉驅動靈活的尾部，其游泳速度比傳統肌肉組織驅動的版本快了三倍以上。除了速度，該系統還顯示出改善的控制能力。研究人員可以通過改變電信號來調整機器人的運動，甚至可以利用拍手的聲音來觸發機器人啟動和停止。拍手的聲音顯示機器人不僅僅是活著 — 它是可控的。
多年前，研究人員就對建造由活肌肉驅動的機器人產生了濃厚的興趣，因為生物驅動在小規模上是柔軟、適應性強且高效的。然而，這些系統的性能受限於培養骨骼肌的低力量輸出。該團隊表示，這項工作消除了該領域的一個主要瓶頸，為更強大的生物混合系統鋪平了道路。
展望未來，研究人員正致力於開發完全可生物降解的機器人，這些機器人可以在完成任務後安全降解。這些機器人可能包括臨時醫療植入物或部署在脆弱生態系統中的環境傳感器。該研究成果已發表在《Nature Communications》期刊上。
