喺一碟淺水中,有一塊細過一條軟糖嘅薄薄膠膜,正朝住藍光擺動前行。呢個「游水機」冇馬達、冇螺旋槳、冇電池,靠嘅係貼喺兩片翼膜上嘅活肌肉。

研究由 MIT(麻省理工學院)工程師團隊發表喺《Advanced Functional Materials》。兩片翼膜各貼住一層活老鼠肌肉細胞,厚度少於 15 微米——大約唔夠一根人類頭髮嘅五分之一。藍光一閃,細胞收縮、翼膜彎曲,就將機械人拉向前。

研究話呢個機械人可以喺一個簡單嘅水族迷宮入面轉向,速度大約每分鐘四個自身長度,研究者自己承認呢個速度並不算快。佢哋話真正嘅重點係:用咁薄嘅肌肉層,生物材料用量遠少於常見於「生物混合機械人」(biohybrid robotics)嘅 bulky 三維肌肉。團隊報道,每體積肌肉產生嘅力量比早期 3D 設計提升 20 倍。

「喺水入面移動所需嘅力比喺空氣中多好多,」Ritu Raman,MIT 機械工程系助理教授、亦係該研究作者之一,喺 MIT News 新聞稿中講,「就佢嘅體積嚟講,呢個機械人真係好勁。」

點樣造呢塊「骨骼」

呢個機械人嘅「骨架」係 0.5 毫米厚嘅 GelMA(gelatin methacrylate,甲基丙烯酰明膠),一種喺組織工程中廣泛使用嘅軟質材料。每片翼膜約 7 乘 15 毫米。

團隊喺膠膜上打咗好多微觀溝槽,然後喺表面鋪上 C2C12 細胞——一種實驗室常用嘅鼠肌肉前體細胞(可以融合、分化成會收縮嘅肌肉纖維)。呢批細胞被改造過,會對藍光有反應,大約 470 奈米波長嘅光一照就會收縮。

嗰啲微觀溝槽原來係關鍵。佢哋好似細細嘅導軌,令肌肉生長時喺同一方向排列,而唔係成團亂嘅片。測試唔同溝槽形狀同大小後,約 25 微米闊嘅方形通道效果最好——大約係一個未成熟肌肉細胞寬度嘅兩倍。

團隊亦調整咗 GelMA 嘅硬度,表現最好嘅配方產生約 2.9 毫牛(millinewtons)嘅收縮力。早期嘅超薄骨骼肌肉致動器離開支架後幾分鐘內就會塌陷,新設計可以唔靠支架運作超過 30 日,研究作者估計呢項改善約 4,500 倍。

每日透過藍光誘導收縮嘅「運動」,令肌肉行程比冇訓練嘅對照組增加約四倍。

游法同控制

研究者可以分別刺激左或右翼,令機械人游成方向性;兩邊同時激活就令佢旋轉。呢個控制足以喺小型水族迷宮中引導。

活肌肉機械人唔係新嘢

畀機械人裝活肌肉其實已係好成熟嘅領域:2016 年嘅組織工程魟魚(tissue-engineered ray)研究用咗大鼠心肌同藍光控制喺障礙課程中轉向;2022 年嘅生物混合魚研究用人體心肌產生自持續游動;2023 年嘅骨骼肌肉機械人研究為微型步行機械人加咗無需電池嘅 LED 無線控制。MIT 呢個並非最快速嘅「活機械人」。

模姐驗嚇貨

呢個研究唔涉及 AI、唔涉及算法,係軟物質工程、組織工程同生物混合驅動嘅結合。但值得留意:呢類「活肌肉機械人」目前仍然停留在實驗室規模——毫米級、淺水皿、單細胞系、單波長光控。距離實際部署(醫療、環境監察、微流動體)仍然好遠。研究嘅真正意義唔係「快」,而係「薄」——每單位體積生物材料嘅致動力提升 20 倍,呢個係工程指標,唔係產品指標。如果將來真係要喺體內用,生物相容性、免疫排異、生物材料的長期活力同降解,都得另計。

來源:

  • MIT 工程師團隊,發表喺《Advanced Functional Materials》(2026 年)
  • ZME Science 報道

模姐|深度調教