榮登科學雜誌封面，日本團隊用活體肌肉研發手指機器人

編輯 | 麻粒兒

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我們眼中的靈活機器人就是軟體機器人，他們的運動原理與剛性機器人相比，不用馬達或者液壓等傳統機動形式，而是模仿人或者動物的肌肉來做動作或者是用環境的變化來獲取動力，如溫度、空氣以及光照等方式。

近日一則消息，日本東京大學等研究團隊在美國科學雜誌上發布論文稱，使用人工培育的肌肉組織和樹脂骨骼研發出能像手指一樣活動的機器人，並且這個項目成果登上了科學雜誌的封面。

機器手指上看起來軟軟粉粉的，實際上它就是有血有肉的真肌肉，肌肉來自於團隊的培養製作，通過含實驗鼠骨骼肌細胞的溶液製作出長方形肌肉薄片，疊加薄片培育出長約8毫米的肌肉組織。

然後團隊將這些實驗室繁殖的組織與手指形狀樹脂骨骼兩面組合以形成類似於人手指的結構，製成全長近3厘米的機器人。這個小手指可以做什麼？如圖所示。

看動圖的簡單動作，感覺沒什麼好稀奇的，機器人顫顫巍巍彎曲手指將塑料戒指取出然後移到旁邊的圓柱放下。兩個機械手指協同提起塑料小片。

雖然動作簡單，但對於生物機器人領域來講具有劃時代的突破。因為它使用的是真正的骨骼肌肉組織，並且它比以往利用獨立肌肉組織進行收縮運動的構造更為耐久。

唯一有缺憾的是目前手指機器人還只能在溶液中活動，溶液中的養分浸透到肌肉中，從而可以讓肌肉內部的組織正常活動。

研究人員稱將來有可能為它覆蓋上皮膚構造等，使其暴露在空氣中也不會導致肌肉內部組織乾燥，從而實現在暴露在空氣中活動。

這個手指機器人可以彎曲的運動原理就是通過電刺激單側肌肉收縮，關節的零部件會動，然後機器手可以像指尖一樣抬起。

此前曾有團隊把肌肉裝在機器人中，但肌肉在數天後便會變得僵硬。研究人員發現，用電極刺激肌肉最終會導致肌肉因電解而變性。團隊成員在構造上費了一番功夫，使他們研發的肌肉能夠活動一周，令機器人的活性肌肉耐久性得以實現。

一周的使用壽命能幹什麼？聽起來還是感覺燒錢燒的慌，但製作團隊表示他們將金屬機器人初步與靈活肌肉組裝融合在一起，展示了一種在機器人關節上維護生命組織的方法，為那些研究假肢和電子人的未來提供了希望。

「如果我們可以將更多的這些肌肉結合到一個單一的設備中，我們應該能夠複製出允許手、手臂和身體其他部位形成的複雜的肌肉相互作用。」研究員 Yuya Morimoto預測。「我們相信在未來，我們將創建一個結構更複雜的生物混合型機器人。」

這個機器人的亮點不僅僅在於能夠模仿人的排汗系統，解決自身散熱的問題。他的靈活性也大大秒殺市場的大多類人機器人。

這個機器人來自於日本東京大學的JSK實驗室，研究團隊十多年來一直致力於研究肌肉組織的運動情況及其同骨骼的兼容性，開發著世界上最接近人體構造的人形機器人。

與出汗機器人腱悟郎極度相似的第四版機器人腱志郎，總共擁有160塊肌肉，每條腿上有25塊肌肉，肩膀上6塊，軀幹有76塊，而頸部有22塊。

它的肌肉由圖中這樣類似滑輪組的結構構成，外形比較扁寬，僅僅需要一個電機就可以驅動。這個 「肌肉」都是人工製造的纖維、橡膠等材質組成，其穩定性與使用壽命確實比擁有真正肌肉的機械手優秀很多。

他還安裝了合成的肌腱和關節，膝關節處甚至還安有十字型的韌帶和半月板，完全模仿人類的骨架和肌肉結構，關節的設計非常自由，給整個機構的靈活性帶來了質的飛躍。

所以看他轉頭，行走，做俯卧撐，仰卧起坐、打羽毛球等這些運動感覺幾乎與真人無異，正是這些大量的肌肉協調才使得他的運動流暢靈活。

為機器人創造「肌肉」這件事，科學家們一直在努力。未來人形機器人設計或許將取消鋼板和塑料，可能會產生肌肉機械混合手、手臂甚至腿，而這些混合生物機器人技術在康復醫療領域將會為千千萬萬的人帶來曙光。

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