东京大学研发史上最大人类肌肉驱动的机械臂，人机融合取得新突破

机器人大讲堂 2 月 15 日消息，东京大学团队研发的人类肌肉驱动的机械臂，突破了生物混合机器人尺寸天花板，实现了多项技术创新，荣登《Science Robotics》最新封面。

生物混合机器人长期受限于人工培养肌肉的尺寸难题，人工培养的肌肉一旦过大，内部细胞就会因营养和氧气不足而坏死，1 厘米左右是其 “生存极限”，严重限制了相关研究进展。东京大学团队成功突破这一限制，制造出 18 厘米长的机械臂，并其装上树脂骨骼，实现了五指独立精准控制。

该团队的核心创新在于发明了 MuMuTA 新型驱动器。其制作过程像卷寿司，将 8 根细长的人类肌肉组织排列成 MuMuSheet 片状，再卷成圆柱形并用特制固定棒固定。这种设计使每根肌肉都能获取充足营养，有效解决了肌肉组织坏死问题。实验数据显示，一个 MuMuTA 驱动器能产生约 8 毫牛顿的收缩力和 4 毫米的收缩距离，通过类似人体肌腱的传动系统，即可将线性运动转化为手指弯曲。

在控制精度方面，机械臂表现出色。每根手指配备独立的驱动器，通过电刺激实现精准控制。研究发现，电场强度达到 1.5V/mm、脉冲持续时间为 600ms 时，收缩力最大。为防止电刺激串扰，在每个驱动器两侧安装 “玻璃墙”，成功限制电场扩散。

实验结果显示，单个手指关节最大转动速度可达 500 度 / 秒，三个关节总转动角度达 130 度，连续刺激 30 分钟后，驱动器仍能保持最大收缩力。

该机械臂的肌肉组织培养周期仅 8 天，在室温（26℃）环境下收缩力与 37℃时相近，4℃时虽减半但仍有一定性能。这些肌肉组织使用经过预筛选的人体骨骼肌细胞，在特制水凝胶中培养，其性能与真实肌肉高度相似，且能持续工作长达 178 天。

在机械结构上，采用中空指骨结构，内部设有导轨固定 “人造肌腱”，提高了手指的轻巧灵活性和传动效率。但手指“回弹”主要依靠浮力，影响了连续动作，团队提出引入弹性材料或添加 “伸肌” 解决。

该技术在药物测试领域应用前景广阔，由于使用人源性成肌细胞，所以天然是理想的药物测试平台，通过监测肌肉收缩力变化，能直观评估药物效果，相比传统测试方法优势明显。

研究团队表示，未来还计划通过改用球形关节让手指获得侧向运动能力，添加生长因子和进行物理训练提升肌肉组织收缩性能。这一成果为生物混合机器人发展注入新动力，有望推动人机融合技术迈向新高度。

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来源：机器人大讲堂