日本科學家研制出肌肉驅動的機器人

與機器人相比，人的身體更靈活，能夠進行精細運動，并能將能量有效轉化為運動。日本研究人員從人類步態中獲得靈感，將肌肉組織和人造材料結合在一起，制造了一款兩腿生物混合機器人，使得機器人能夠行走和旋轉。相關研究1月27日發表于《物質》。

“這是生物學和機械學的融合，作為以生物功能為特色的機器人技術新領域，生物混合機器人的研究最近引起了人們的關注。”論文通訊作者、日本東京大學的Shoji Takeuchi說，“使用肌肉作為致動器可以讓我們建造一個緊湊的機器人，并通過柔軟的觸感實現高效，無聲的運動。”

作為一種創新的兩足設計，該研究小組的兩足機器人建立在利用肌肉的生物混合機器人的傳統之上。肌肉組織驅動生物混合機器人向前緩慢行走和游泳，以及轉彎——但不是急轉彎。然而，能夠旋轉和急轉彎是機器人避開障礙物的一個基本特征。

為了制造一個動作精細、靈活的更敏捷的機器人，研究人員設計了一種模仿人類步態并能夠在水中操作的生物混合機器人。該機器人有一個泡沫浮標的頂部和加重的腿，以幫助它在水下站直。機器人的骨架主要由硅橡膠制成，可以彎曲和繃緊以適應肌肉運動。然后，研究人員將實驗室培養的條狀骨骼肌組織連接到硅橡膠和每條腿上。

當研究人員用電流刺激肌肉組織時，這些肌肉收縮，從而抬起了腿。當電流消散時，腿的腳后跟會向前并著地。通過每5秒鐘在左腿和右腿之間交替進行電刺激，生物混合機器人成功地以5.4毫米/分鐘的速度向前“行走”。為了轉彎，研究人員每5秒鐘反復電擊右腿，而左腿則充當錨。最終機器人在62秒鐘內完成了90度左轉。研究結果表明，這種肌肉驅動的兩足機器人可以行走、停止，并做出有規則的轉彎動作。

“目前，我們正在手動移動一對電極，分別對腿施加一個電場，這需要時間。”Takeuchi說，“在未來，通過將電極集成到機器人中，我們希望能更有效地提高速度。”

該團隊還計劃為雙足機器人提供關節和更厚的肌肉組織，以實現更復雜、更有力的運動。但Takeuchi說，在給機器人升級更多的生物部件之前，該團隊必須整合一個營養供應系統，以維持活體組織和設備結構，使機器人能夠在不確定性中操作。

“在實驗室例會上，當看到機器人在視頻中成功行走時，我們爆發了一陣歡呼。”Takeuchi說:“雖然它們看起來只是一小步，但實際上，它們是生物混合機器人的巨大飛躍。”

相關論文信息：

 http://doi.org/10.1016/j.matt.2023.12.035