「重磅」Sci.Robot最新封面：史上最大由人類肌肉驅動的機械臂，人機融合取得新突破

AIGC動態5個月前發布人工智能學家

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原標題：「重磅」Sci.Robot最新封面：史上最大由人類肌肉驅動的機械臂，人機融合取得新突破
文章來源：人工智能學家
內容字數：11129字

東京大學研制18厘米機械手指：突破生物混合機器人尺寸極限

本文介紹了東京大學團隊在生物混合機器人領域取得的突破性進展：成功研制出一款18厘米長的仿生機械手指，該成果已發表在《Science Robotics》期刊上。

尺寸突破與創新驅動器
以往的生物混合機器人由于人工培養肌肉的“斷糧”問題，尺寸通常限制在1厘米左右。東京大學團隊通過發明一種名為MuMuTA的新型驅動器，突破了這一尺寸限制。MuMuTA驅動器的制作過程類似于卷壽司：將8根細長的人類肌肉組織排成片狀，再卷成圓柱形，并用固定棒固定形狀。這種設計確保每根肌肉都能獲得充足的營養，從而增強收縮力，最終實現18厘米的長度。
高效精準的控制系統
該仿生手采用樹脂骨骼模擬人類手指結構，并為每根手指配備的MuMuTA驅動器，通過電實現五指精準控制。研究發現，電場強度1.5V/mm、脈沖持續時間600ms時，收縮力最大。為防止電串擾，每個驅動器兩側安裝了“玻璃墻”。實驗結果顯示，單個手指關節最大轉動速度達500度/秒，三個關節總轉動角度達130度，且連續30分鐘后仍能保持最大收縮力。
高效的肌肉培養與長壽命
令人驚訝的是，該研究僅需8天就能培養出具有良好收縮性能的肌肉組織。培養8天后的肌肉組織中，α-actinin和actin已形成清晰的條紋狀分布，表明肌肉細胞已形成成熟的收縮單元。這些肌肉組織在室溫下也能保持與37℃時相近的收縮力，并在4℃時收縮力降低一半。研究還發現，“in-sheet”培養方法（先培養成片狀，再卷起）優于“in-bundle”培養方法（直接卷起培養），因為前者能保證每根肌肉組織獲得均勻的營養和氧氣供應。這些肌肉組織的壽命長達178天，如同為機器手裝上了超長效的“生物電池”。
精巧的機械結構與未來展望
該仿生手的機械結構也經過精心設計，采用中空的指骨結構和內部導軌固定“人造肌腱”，提升了手指的輕巧靈活性和傳動效率。目前，最大的挑戰是手指的“回彈”問題，研究團隊計劃引入彈性材料或添加“伸肌”來解決這個問題。未來，該技術有望應用于藥物測試領域，并通過改進實現更復雜的動作，例如添加球形關節實現側向，或通過生長因子和物理訓練提升肌肉組織的收縮性能。

總而言之，東京大學團隊研制的18厘米機械手指是生物混合機器人領域的一項重大突破，其高效的肌肉培養技術、精準的控制系統以及長壽命的“生物電池”都具有重要的應用前景，未來發展值得期待。