新加坡國立大學研發生物混合機器人游泳速度創紀錄 467微米每分鐘突破學界瓶頸

新加坡國立大學研究團隊近日成功開發全球首款以活體肌肉組織驅動的生物混合游泳機器人，其運動速度達每分鐘467微米，創下生物混合機器人游泳速度新紀錄。該團隊將兩組工程化肌肉組織連結，使肌肉在發育過程中持續相互拉伸與收縮，模擬自然收縮機制，無需外部刺激即可實現「自我訓練」。此技術解決了傳統生物機器人運動速度緩慢、推進力不足及難以重複執行任務等核心問題。研究論文日前發表於國際頂尖期刊《自然·通訊》，為醫療微機器人及水下探測裝置開拓全新技術路徑。團隊指出，此突破關鍵在於將生物自然發育過程轉化為機器人驅動機制，大幅降低能源需求並提升運作效率。

自然收縮機制轉化為機器人驅動力

研究團隊從生物學現象獲取靈感，觀察到年幼鯨魚肌肉纖維在發育過程中會產生自發性收縮。此收縮通常從分化第三天開始，第五天達到最強，之後逐漸減弱。團隊首次將這一自然過程轉化為肌肉「自我訓練」機制，用於提升肌肉組織的力學性能。他們設計了一種「對抗訓練」平台，將兩組工程化肌肉組織連結，使肌肉在發育中持續相互拉伸與收縮，形成持續力學刺激。整個過程無需外部供能，僅依靠肌肉自身特性即可持續訓練。實驗顯示，這種方式培養的肌肉最大輸出力達7.05毫牛，應力達每平方毫米8.51毫牛，均為生物混合機器人研究中的最高水平，比此前同類研究結果高出一個數量級。傳統方法需外部電刺激或化學誘導，不僅耗能高且難以精準控制，而新技術完全依賴肌肉自發收縮，使機器人運動更接近生物本質。

實驗成果與商業化應用潛力

實驗結果顯示，採用此技術的生物混合機器人游泳速度達每分鐘467微米，比現有同類機器人提升三倍以上。研究團隊使用商業化肌肉細胞系（如C2C12細胞），大幅降低研發成本與重複難度。在實驗中，機器人無需外部能源供應，僅靠肌肉自發收縮即可持續運作，這項特性使系統更具環境適應性。團隊進一步指出，傳統生物機器人因肌肉力學性能限制，推進力不足且壽命短，而新設計的「自我訓練」機制使肌肉組織在發育初期即建立強韌結構，顯著提升整體效能。研究還驗證了系統的可重複性，同一組肌肉組織可穩定運作超過十次，避免了以往需頻繁更換組織的瓶頸。此突破不僅解決技術問題，更為未來醫療微器械（如血管內手術機器人）及環境監測裝置提供低成本、高效率的解決方案。

未來應用與產業影響

基於此技術，研究團隊已開發出首款擬生游泳機器人OstraBot，其運動方式主要依賴尾部肌肉收縮實現推進。該機器人由兩組經「自我訓練」的肌肉組織構成，配合優化結構強度並施加三維電刺激元件，在實驗中運動速度比傳統肌肉驅動機器人提升三倍以上。OstraBot的設計核心在於消除外部能源依賴，使機器人能如生物體般自主適應環境。研究團隊強調，此技術可擴展至多種生物混合裝置，例如用於微創手術的導管機器人，其柔韌性與精準度將超越現有機械式設計。在環境監測領域，類似裝置可長期部署於海洋或水體中，執行污染物檢測任務而不需頻繁維護。此外，商業化肌肉細胞系的應用大幅降低製造成本，使技術更易推廣至醫療與工業領域。團隊預期，未來五年內此技術將在生物醫療裝置市場佔有重要地位，為全球生物機器人產業樹立新標準。