蛙腿肌肉驱动无线光控“机器蝠鲼”

中国科学院沈阳自动化研究所的研究团队近期在生物混合机器人领域取得重要进展，成功研制出一款以真实牛蛙肌肉驱动的无线光控微型“机器蝠鲼”。该机器人直接采用天然骨骼肌作为执行器，实现了无需外接导线的自主游动，相关成果已发表于国际期刊《Advanced Functional Materials》。

研究团队从牛蛙腿部提取股薄肌，作为机器蝠鲼两侧的推进鳍。实验数据显示，在优化的电刺激参数下，该肌肉可产生约6.5牛的稳定收缩力，收缩幅度达25%，峰值力可达9.4牛。这块离体组织在11天内保持电响应能力，并能可靠驱动机器人连续工作约一周，为生物执行器提供了出色的性能基准。

与以往依赖实验室培养肌组织的方案不同，本研究直接使用天然分离的完整骨骼肌。研究人员指出，天然肌纤维具有高度有序的排列结构，其收缩性能显著优于细胞培养的肌束，有效突破了以往输出力不足导致机器人速度受限的关键瓶颈。

为实现无线控制，团队在机器蝠鲼背部集成了微型砷化镓光伏模块。通过808纳米近红外激光照射，光伏单元将光信号转换为电信号，刺激肌肉表面的神经引发收缩。左右两侧光伏区可独立控制，通过差异化收缩实现前进、转向、U形转弯等复杂机动，摆脱了传统有线电刺激系统的束缚。

在运动性能方面，该机器蝠鲼的直线平均速度达到每秒0.54个体长，短时最高速度为每秒2个体长。研究团队称，这是目前报道中骨骼肌驱动生物混合机器人实现的最高相对前进速度。其最小转弯半径仅为体长的八分之一，最大角速度达每秒21度，展现了出色的机动性。

在应用前景上，研究人员认为这类小型、鳍推进的机器人特别适用于浅水环境监测和对水生生物的低扰动观测。其设计避免了传统水下机器人螺旋桨与刚性机构可能带来的干扰。此外，为维持离体肌肉功能而开发的电刺激框架，也可能为神经损伤后的肌肉康复研究提供实验参考。

目前，该机器人仍面临生物组织寿命有限（可靠工作约7天）以及依赖外部激光供能和控制等限制。下一步，研究团队计划优化体外培养策略以延长肌肉寿命，开发更均匀的柔性电极，并尝试将光伏系统与机载储能结合，使机器人具备储存光能的能力，减少对外部实时供能的依赖。