新加坡国立大学（National University of Singapore，NUS）的研究人员开发出一种新方法，让实验室培养的肌肉组织通过“自我训练”变得更加强壮，从而消除了生物混合机器人领域的一个主要限制。该团队构建了一个平台，将两片工程化骨骼肌组织连接起来，使它们能够持续地相互对抗牵拉。

在早期发育过程中，随着肌肉自然收缩，它们实际上为自己创造了“锻炼”机会，而无需外部刺激或控制系统。这种自我训练方法带来了突破性的性能表现。经过强化的肌肉驱动了一款名为OstraBot的生物混合游泳机器人，使其达到了每分钟467毫米的游泳速度，这是目前报道的所有骨骼肌驱动机器人中最快的速度。这项突破有望开启一类由活细胞驱动的柔软、高效机器，其在医疗、环境监测和可生物降解机器人领域具有应用潜力。

双肌“对练”，持续强化

该理念基于一种已知的生物学行为：未成熟的肌肉细胞在发育过程中会自发收缩。研究人员没有忽视这些收缩，而是将其用作一种内置的训练机制。他们设计了一个系统，通过一个滑动结构将两片肌肉组织连接起来。当一片肌肉收缩时，会拉伸另一片，后者随即响应收缩。这创造了一个连续的运动循环，随着时间的推移，两片肌肉组织都得到了强化。“随着细胞成熟，它们自然开始自发收缩。因为两片组织是连接在一起的，它们会持续相互对抗牵拉，在没有任何外部控制的情况下有效地进行锻炼，”助理教授Tan Yu Jun解释道。

经过训练的肌肉实现了7.05毫牛顿的最大力和每平方毫米8.51毫牛顿的应力，显著高于典型的实验室培养肌肉的性能。该方法还使用了广泛可用的商业细胞系，使其更易于复制和规模化。

随后，这些更强壮的肌肉被集成到OstraBot中——一种模仿箱鲀游泳方式的仿鱼机器人。使用单个经过训练的肌肉驱动柔性尾巴，该机器人的游泳速度是使用传统肌肉组织的版本的3倍以上。

更强肌肉，更智能控制

除了速度，该系统还展示出改进的控制能力。研究人员可以通过改变电信号来调整机器人的运动，甚至可以利用拍手等声音提示触发其启动和停止。“拍手表明机器人不仅是活的，而且是可控的。过去，肌肉驱动的机器人要么持续移动而没有明确控制，要么力量太弱而无法做出可见响应。我们强化的骨骼肌使机器人能够对外部信号做出清晰反应，类似于神经在体内控制肌肉的方式，”Tan助理教授表示。“多年来，研究人员一直对建造由活肌肉驱动的机器人感兴趣，因为在小尺度上，生物驱动是柔软、自适应且节能的。然而，这些系统的性能一直受到培养骨骼肌输出力低的限制。”

研究团队表示，这项工作消除了该领域的一个关键瓶颈，并为性能更强大的生物混合系统打开了大门。展望未来，研究人员正致力于开发完全可生物降解的机器人，它们可以在完成任务后安全分解。这些机器人可能包括临时医疗植入物或部署在脆弱生态系统中的环境传感器。该研究成果已发表在《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上。