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用牛蛙骨骼肌实现“机械飞升”，中国科学院沈阳自动化所研制无线光控类生命蝠鲼机器人
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中国科学院沈阳自动化研究所机器人学研究室团队近日研制出一款基于牛蛙离体骨骼肌的无线近红外光控“类生命蝠鲼机器人”，相关成果已于9月9日在国际学术期刊《Advanced Functional Materials》上刊载。该机器人将生物组织直接用作执行器，是类生命机器人领域的一项前沿探索。
该研究团队受蝠鲼的高效游动机制启发，创新性地选择了牛蛙股薄肌的天然离体骨骼肌作为驱动核心，而非领域内常用的细胞工程肌肉组织。天然肌纤维排布有序，使其收缩力学性能更为优越。在优化电刺激条件下（频率1赫兹、电压5伏、脉冲宽度10毫秒），离体肌肉能稳定输出约6.5牛顿的收缩力，收缩幅度约25%；在极限条件下，峰值收缩力可达9.4牛顿。
体外培养测试证实，该离体骨骼肌在维持电响应收缩性能方面表现出良好的持久性，可持续长达11天，能够稳定驱动机器人运行约7天。这为机器人的实用化提供了重要的时间窗口。
在无线驱动控制方面，研究团队构建了“近红外激光—光电转换—神经电刺激”的一体化架构。机器人背部集成了微型砷化镓光伏模块，通过分时、分区的激光辐照来独立控制左右两侧肌肉的收缩时序。这种设计使得机器人无需外接线缆，就能实现直行、转向、环形巡游、掉头等多种复杂的自由度运动，完成了水下精准的无缆化操控，且无需对生物组织进行基因修饰。
性能测试数据显示，该机器蝠鲼的平均直线游动速度达到了每秒0.54倍体长（约2.7厘米/秒），瞬时峰值游速甚至高达每秒2倍体长，创造了由骨骼肌组织驱动的类生命机器人的最高相对行进速度纪录。此外，它的最小转弯半径仅为0.8倍体长，最大转向角速度可达每秒21度，大约17秒即可完成一个完整的环形轨迹。该机器人不仅能支持水面巡游，还能在水下承载5克负载进行作业，甚至能在硬质地面实现低速曲线移动。
研究团队认为，这种小型、采用鳍推进的机器人具有广泛的应用前景，尤其适用于浅水环境的监测以及对水生生物进行低干扰观测。同时，该研究所构建的肌肉电刺激参数体系，也可能为神经损伤后的体外肌肉康复研究以及动态组织工程培养系统提供有价值的实验参考。
目前，该技术仍面临一些挑战，主要包括生物组织的寿命有限以及对外部能量供应的依赖。下一步，研究团队计划从多个方面进行优化：进一步改进离体肌肉的体外培养体系以延长其寿命；研发类神经的柔性薄膜电极，以实现更均匀的电信号分布；并尝试将光伏系统与机载储能装置相结合，使机器人能够储存光能并按需调用，从而减少对外部持续激光照射的依赖。
此项研究得到了国家自然科学基金以及科技部重点研发计划的支持，标志着中国在仿生机器人与生物组织工程交叉领域取得了重要进展。
