【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】類生命機器人由生命系統(tǒng)和機電系統(tǒng)在分子、細胞以及組織等尺度融合而成，具有高能量效率、自生長、自修復、生物相容等獨特優(yōu)勢，是近年來快速發(fā)展的前沿方向。以骨骼肌作為生物驅(qū)動器的類生命機器人，普遍存在生物驅(qū)動器輸出力量弱、運動機動能力有限、有線控制束縛作業(yè)場景等技術(shù)瓶頸，嚴重制約這類機器人走向?qū)嶋H應用。
 

　　近日，中國科學院沈陽自動化研究所機器人學研究室科研團隊受蝠鲼游動機制啟發(fā)，研制出一款基于牛蛙離體骨骼肌的無線近紅外光控類生命蝠鲼機器人，該機器人多項運動性能實現(xiàn)顯著提升，為新一代無線可控高性能類生命機器人的研發(fā)開辟全新技術(shù)思路。該成果于近期刊載于國際學術(shù)期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。
 

　　區(qū)別于領(lǐng)域內(nèi)主流的細胞工程骨骼肌組織，科研人員創(chuàng)新性地選用牛蛙股薄肌天然離體骨骼肌作為生物驅(qū)動核心，其天然肌纖維排布有序，收縮力學性能優(yōu)于細胞再造肌肉。通過優(yōu)化電刺激參數(shù)，離體肌肉可穩(wěn)定輸出6.5牛頓收縮力，極限條件下峰值收縮力達9.4牛頓。體外培養(yǎng)測試證實，該離體骨骼肌可維持電響應收縮性能長達11天，可穩(wěn)定驅(qū)動機器人運行7天。
 

　　在無線驅(qū)動方面，科研團隊構(gòu)建了“近紅外激光—光電轉(zhuǎn)換—神經(jīng)電刺激”一體化驅(qū)動架構(gòu)。在機器人背部集成砷化鎵(GaAs)光伏模塊，通過分時、分區(qū)激光輻照左右光伏模塊，可獨立控制雙側(cè)肌肉收縮時序，無需外接線纜即可實現(xiàn)直行、左右轉(zhuǎn)向、環(huán)形巡游、掉頭等多自由度復雜運動，實現(xiàn)無纜化水下精準運動控制。該方案無需對生物組織進行基因修飾，拓展了類生命機器人水下作業(yè)適用場景。
 

　　性能測試結(jié)果表明，這款類生命蝠鲼機器人在機動性方面實現(xiàn)多項突破：平均直線游動速度達0.54體長/秒(約2.7厘米/秒)，瞬時峰值游速可達2體長/秒，創(chuàng)造了由骨骼肌組織驅(qū)動的類生命機器人的最高相對行進速度；最小轉(zhuǎn)彎半徑僅0.8倍機體長度，最大轉(zhuǎn)向角速度達21°/秒，僅17秒即可完成完整環(huán)形軌跡。該機器人同時支持水面巡游、水下5克負載作業(yè)及硬質(zhì)地面低速曲線移動。
 

　　本研究首次將天然離體骨骼肌與無線光電神經(jīng)調(diào)控體系融合，驗證了天然離體骨骼肌作為高性能生物驅(qū)動器的重要潛力，所構(gòu)建的肌肉電刺激參數(shù)體系可為神經(jīng)損傷肌肉體外修復、組織工程動態(tài)培養(yǎng)平臺提供實驗參考。
 

　　該研究以High-Mobility Wireless Light-Controlled Biosyncretic Manta Ray為題發(fā)表，沈陽自動化所博士研究生張琪為論文第一作者，張闖副研究員為通訊作者。
 

　　后續(xù)，科研團隊將圍繞優(yōu)化離體肌肉體外培養(yǎng)體系、研發(fā)類神經(jīng)柔性薄膜電極、集成光伏儲能自供能模塊等方向持續(xù)攻關(guān)。該研究得到了國家自然科學基金項目、科技部重點研發(fā)計劃項目的支持。
 

　　引用：沈陽自動化所研制無線光控類生命蝠鲼機器人 中國科學院沈陽自動化研究所 【引用時間：2026年9月2日】