「重磅」Sci.Robot最新封面：史上最大由人类肌肉驱动的机械臂，人机融合取得新突破

原标题：「重磅」Sci.Robot最新封面：史上最大由人类肌肉驱动的机械臂，人机融合取得新突破
文章来源：人工智能学家
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东京大学研制18厘米机械手指：突破生物混合机器人尺寸极限

本文介绍了东京大学团队在生物混合机器人领域取得的突破性进展：成功研制出一款18厘米长的仿生机械手指，该成果已发表在《Science Robotics》期刊上。

1. 尺寸突破与创新驱动器

   以往的生物混合机器人由于人工培养肌肉的“断粮”问题，尺寸通常限制在1厘米左右。东京大学团队通过发明一种名为MuMuTA的新型驱动器，突破了这一尺寸限制。MuMuTA驱动器的制作过程类似于卷寿司：将8根细长的人类肌肉组织排成片状，再卷成圆柱形，并用固定棒固定形状。这种设计确保每根肌肉都能获得充足的营养，从而增强收缩力，最终实现18厘米的长度。

2. 高效精准的控制系统

   该仿生手采用树脂骨骼模拟人类手指结构，并为每根手指配备的MuMuTA驱动器，通过电实现五指精准控制。研究发现，电场强度1.5V/mm、脉冲持续时间600ms时，收缩力最大。为防止电串扰，每个驱动器两侧安装了“玻璃墙”。实验结果显示，单个手指关节最大转动速度达500度/秒，三个关节总转动角度达130度，且连续30分钟后仍能保持最大收缩力。

3. 高效的肌肉培养与长寿命

   令人惊讶的是，该研究仅需8天就能培养出具有良好收缩性能的肌肉组织。培养8天后的肌肉组织中，α-actinin和actin已形成清晰的条纹状分布，表明肌肉细胞已形成成熟的收缩单元。这些肌肉组织在室温下也能保持与37℃时相近的收缩力，并在4℃时收缩力降低一半。研究还发现，“in-sheet”培养方法（先培养成片状，再卷起）优于“in-bundle”培养方法（直接卷起培养），因为前者能保证每根肌肉组织获得均匀的营养和氧气供应。 这些肌肉组织的寿命长达178天，如同为机器手装上了超长效的“生物电池”。

4. 精巧的机械结构与未来展望

   该仿生手的机械结构也经过精心设计，采用中空的指骨结构和内部导轨固定“人造肌腱”，提升了手指的轻巧灵活性和传动效率。目前，最大的挑战是手指的“回弹”问题，研究团队计划引入弹性材料或添加“伸肌”来解决这个问题。 未来，该技术有望应用于药物测试领域，并通过改进实现更复杂的动作，例如添加球形关节实现侧向，或通过生长因子和物理训练提升肌肉组织的收缩性能。

总而言之，东京大学团队研制的18厘米机械手指是生物混合机器人领域的一项重大突破，其高效的肌肉培养技术、精准的控制系统以及长寿命的“生物电池”都具有重要的应用前景，未来发展值得期待。

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