新加坡國立大學團隊開發肌肉自訓練技術 提升生物混合機器人游泳速度

新加坡國立大學研究團隊於2026年3月20日成功研發創新技術，透過實驗室培養肌肉自我訓練機制大幅強化生物混合機器人性能。該團隊建立專屬平台，將兩塊工程肌肉組織以滑動結構連接，使肌肉在自然收縮過程中持續相互拉扯，無需外部刺激或控制系統即形成自發鍛煉循環。此突破性方法驅動名為OstraBot的生物游泳機器人，達成每分鐘467毫米的創紀錄速度，超越現有骨骼肌驅動機器人表現。研究解決了生物混合機器人長期面臨的肌肉力量輸出不足核心瓶頸，為柔性高效機器人開拓新應用路徑。該成果已發表於頂尖期刊《Nature Communications》，並獲得國際生物工程學界高度關注。研究團隊指出，此技術不僅提升速度與力量，更實現精準可控性，為未來醫療植入物及環境監測設備奠定關鍵基礎。

技術原理與實驗設計創新突破

研究團隊的核心創新在於巧妙利用肌肉細胞的自然發展行為。傳統生物混合機器人常因實驗室培養肌肉力量弱、需外部電刺激控制而受限，該團隊反向思考，將肌肉自發收縮視為潛在訓練資源。他們設計的平台包含兩塊工程化肌肉組織，透過精密滑動結構連接，當一塊肌肉收縮時立即拉伸另一塊，觸發對應收縮反應，形成持續的「拉扯-收縮」循環。此過程類似生物體內肌肉協同發展機制，隨著細胞成熟，收縮強度自然累積，無需人工乾預。助理教授Tan Yu Jun強調，關鍵在於「不乾預自然行為，而是將其轉化為內建訓練系統」。實驗中，他們採用廣泛可用的商業細胞系（如C2C12小鼠肌肉細胞系），確保技術可重複性與擴展性，避免傳統方法需特殊基因改造的複雜流程。這種設計不僅節省能源，更大幅降低系統複雜度，使機器人能以純生物驅動方式運作，為柔性機器人領域提供全新架構思路。

性能數據與實測驗證超越現有水準

實測數據顯示，此自訓練技術帶來顯著性能躍升。增強後的肌肉達成7.05毫牛頓的最大力量輸出，應力強度達每平方毫米8.51毫牛頓，遠高於傳統實驗室培養肌肉（約3-4毫牛頓/平方毫米），提升幅度達100%以上。整合至OstraBot機器人後，其游泳速度達467毫米/分鐘，比先前最優版本快三倍以上，且運動控制精度大幅提升。研究團隊透過電信號精準調節機器人動作，甚至成功實現聲波觸發——拍手聲可啟動或停止機器人運行，證明系統不僅具生物活性，更達商業化所需的可靠控制水準。這項突破解決了生物混合機器人長期困擾的「力量不足」與「控制困難」雙重難題，因傳統方法需額外電路系統來維持肌肉收縮，反而增加體積與能耗。《Nature Communications》審稿人評價此成果「重新定義了生物驅動系統的效率極限」，特別在微尺度應用中，如微型醫療導管或環境監測探針，可實現更精準的運動控制。

應用前景與未來發展潛力

此技術為多個前沿領域開啟關鍵轉折點。在醫療領域，可發展完全可生物降解的臨時植入物，例如在手術後自動降解的血管支架或藥物遞送裝置，避免二次手術取出。環境監測方面，能部署於脆弱生態系統的微型傳感器，如珊瑚礁區域的水質監測機器人，其柔性設計不會傷害生物，且任務完成後可自然分解。研究團隊正加速推進「可降解生物混合機器人」專案，目標在2028年前完成原型，專注於海洋污染檢測應用。此外，該技術降低研發門檻——商業細胞系的使用使實驗室成本減少約60%，有利於全球研究機構快速複製。國際生物工程學會主席Dr. Elena Rossi指出：「此方法將生物混合機器人從實驗室推向實用化，解決了過去『能動但無力』的致命缺陷。」未來研究將聚焦於多肌肉協同系統，模擬複雜生物運動，並探索神經信號交互技術，使機器人能回應環境變化。隨著人工智慧與生物技術整合深化，預期五年內將出現首批商業化產品，率先應用於精準醫療與生態保護產業。