MIT研发纸薄生物混合机器人，靠活体肌肉细胞划水并响应光线转向

这款机器人采用单层肌肉细胞薄膜，整体结构约半毫米厚。研究团队使用明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）制成支撑骨架，并在表面压出底部呈方形的细槽，让细胞沿槽排列、融合成方向一致的肌纤维。研究人员表示，过去采用的纤维蛋白凝胶过于柔软，肌肉收缩时容易起皱；更坚挺的GelMA和方形沟槽能更好地支撑细胞，帮助肌肉协同发力。每片鳍约长15毫米、宽7毫米、厚0.5毫米。

机器人使用经过基因改造、可对光线作出反应的骨骼肌细胞。研究团队先每天用每秒两次的光脉冲刺激细胞、每次训练15分钟；与未接受训练的对照组相比，训练后的鳍片位移提高了约四倍。论文报告称，这种二维肌肉薄膜可产生毫牛顿级力量和毫米级行程；其单位组织体积的收缩力密度约为三维肌肉的20倍，未固定状态下的持续工作能力也从不足10分钟提高到超过30天。

在最佳测试条件下，机器人直线游动速度约为每分钟4个自身长度，转动速度最高可达每分钟1200度。它仍然需要研究人员在培养皿外手持光源照射来控制，尚无机载电子设备或自主导航能力；因此，“无固定”指机器人本体不需要连接外部支架，并不代表它能脱离外部光控独立运行。研究人员也承认，目前结构简单、游速较慢，距离开放水域应用还有很大差距。

研究团队由MIT机械工程副教授莉图·拉曼带领，第一作者为研究生玛希拉·巴瓦。成果发表于《先进功能材料》，题为《二维骨骼肌薄膜致动器提升生物混合机器人的效率》。团队认为，薄型设计可能比需要大量细胞的三维肌肉块更省细胞、制造成本更低，也有望提高运动效率；未来或可用于环境监测，或在脆弱、难以预测的环境中执行精细探测任务。不过，研究目前只使用一种细胞系、单向排列的肌纤维和简单骨架结构，团队下一步计划优化机身和鳍片设计，提升游速并探索其他运动方式。