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該研究以卷首文章形式發表
近年來，由生命系統與機電系統在分子、細胞以及組織等多尺度融合而成的類生命機器人迅速發展，在組織工程、器官芯片和醫療等領域展現出了應用潛力。
構建類生命機器人常用的生物材料包括心肌細胞、人工骨骼肌組織（ASMT）、昆蟲背血管組織、微生物等。其中，人工骨骼肌組織因其良好的尺寸可擴展性、可控性和潛在的高驅動力而被廣泛應用。
近日，中國科學院沈陽自動化研究所科研人員從人類骨骼肌訓練模式中獲得啟發，開發出了一種電-力共刺激系統，可有效提升人工骨骼肌組織的驅動性能，相關研究以卷首文章（Frontpiece）形式發表于Advanced Functional Materials。
在人體中，骨骼肌組織從胚胎到成年，都受到神經電刺激和機械刺激的共同訓練或維持。科研團隊模仿了人類骨骼肌在神經電脈沖刺激下，克服外界負載進行收縮的自然訓練模式，同時施加電刺激和動態機械刺激，顯著提升了人工骨骼肌組織的蛋白分化率與收縮性能，從而實現類生命機器人的快速驅動。
實驗結果表明，經過訓練的人工骨骼肌組織蛋白分化率提升約50%，收縮力最大提升約98%，展現出與天然骨骼肌類似的成熟肌節機構。值得注意的是，在低負載條件下，人工骨骼肌組織驅動部分的最大收縮應變可達18%，接近天然骨骼肌的收縮應變，表明其至少有一個維度接近天然骨骼肌性能。由該人工骨骼肌組織驅動的仿毛毛蟲機器人能夠以最大2.38 mm/s的速度運動，刷新了公開資料中由人工骨骼肌組織驅動的類生命機器人的速度記錄。
系統示意圖
該研究得到了國家自然科學基金項目、科技部重點研發計劃項目和機器人與智能系統全國重點實驗室項目的支持。
論文連接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410334
附件下載：2.jpg
來源：中國科學院沈陽自動化研究所
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號