「重磅」Sci.Robot最新封面：史上最大由人类肌肉驱动的机械臂，人机融合取得新突破

来源 ：机器人大讲堂

还记得几年前这个装着活体大鼠肌肉的萌萌机械手指吗？

现在，它不仅升级成了人类肌肉，还来了个惊人的"长大"操作 —— 直接进化到18厘米！

要知道，这种把活体组织和机械结构结合的生物混合(biohybrid)机器人，可一直都是"迷你派"。

为啥？简单说就是人工培养的肌肉一旦做大，内部细胞就会因为"断粮"而扑街。1厘米左右，就是它们的"生存极限"。

这次，东京大学团队不仅突破了尺寸天花板，还给这只仿生手装上了树脂骨骼，模拟人类手指的结构和功能来控制机械臂关节，实现了五指独立精准控制。

这项突破性成果有多硬核？直接登上了Science Robotics的最新封面，这份含金量，懂的都懂～

研究团队的核心创新在于发明了一种叫做MuMuTA的新型驱动器。它的制作过程居然和卷寿司异曲同工。

首先，研究人员将8根细长的人类肌肉组织排成一排，形成一个叫做MuMuSheet的片状结构。然后像卷寿司一样，将其卷成圆柱形，最后用两根特制固定棒固定形状。

为什么要这么做？前面提到，较粗的肌肉组织容易因为营养和氧气供应不足而坏死。而这种"寿司卷"式设计让每根肌肉都能获得充足的营养，表现出更强的收缩力。

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，就能将这种线性运动转化为手指的弯曲。

这只生物手最让人惊艳的是它的控制精度。每根手指都配备了独立的MuMuTA驱动器，通过电刺激就能让对应的手指弯曲。

研究团队发现，电刺激参数对肌肉收缩有显著影响。当电场强度达到1.5V/mm、脉冲持续时间为600ms时，收缩力达到最大。

为了防止电刺激串扰，研究人员在每个驱动器两侧都安装了“玻璃墙”。这个看似简单的设计却很巧妙，有效限制了电场的扩散。

实验结果相当惊人：单个手指关节的最大转动速度能达到500度/秒，三个关节的总转动角度可达130度。而且连续刺激30分钟后，驱动器依然能保持最大收缩力！

最让人意外的是培养周期。研究团队发现，培养仅8天的肌肉组织就能达到相当好的收缩性能！

通过免疫荧光染色，研究人员看到了这样的画面：培养8天后的肌肉组织中，α-actinin和actin已经形成了清晰的条纹状分布，说明肌肉细胞已经形成了成熟的收缩单元。

更厉害的是它的环境适应能力。在室温(26℃)环境下，这些肌肉组织依然能保持与37℃时相近的收缩力。虽然在4℃时收缩力会降低一半，但这已经相当耐造了！

那么，这些肌肉组织是怎么"长"出来的呢？

当然不是磨刀霍霍向人体，研究团队使用了经过预筛选的人体骨骼肌细胞，配上了一份"秘制配方"：Matrigel、培养基、纤维蛋白原、凝血酶等成分组成的特制水凝胶。这种配方为细胞提供了类似体内的生长环境。

有趣的是，这些体外培养的肌肉组织表现出了和真实肌肉惊人的相似性。比如，当被拉伸到原长度的5%时会产生最大收缩力；电刺激的效果也和真实肌肉一样，在600毫秒和1.5V/mm时达到饱和。

活体肌肉性能好，但真正用到机器人上，就面临这个一个非常现实的问题：这些肌肉组织能持续工作多久？

这项新研究的答案是：“长达”178天！

虽然收缩力会随时间逐渐降低，但基本功能依然保持。这几乎相当于给机器手装上了一个超长效的"生物电池"。

研究团队还对比了两种培养方法：一种是先将肌肉组织培养成片状，使用时再卷起来（"in-sheet"培养）；另一种是直接将卷起的肌肉组织进行培养（"in-bundle"培养）。

结果显示，"in-sheet"培养方法完胜！原因也很简单：平铺状态下每根肌肉组织都能获得均匀的营养和氧气供应。相比之下，卷起状态培养时，内层的肌肉组织因为氧气浓度降低而表现欠佳。

此外，研究人员还发现了一个有趣的现象：当MuMuTA中的肌肉组织数量达到3根以上时，手指就能达到接近最大的弯曲角度。这说明不是肌肉组织越多越好，找到最佳平衡点才是关键。

1. 引入适当的弹性材料作为回复机制

2. 像真人手指一样添加"伸肌"，也就是在手指背面安装额外的MuMuTA

• 改用球形关节，让手指获得侧向运动能力

• 添加生长因子和物理训练，进一步提升肌肉组织的收缩性能

阅读最新前沿科技趋势报告，请访问欧米伽研究所的“未来知识库”

https://wx.zsxq.com/group/454854145828

截止到12月25日 ”未来知识库”精选的100部前沿科技趋势报告

1. 2024 美国众议院人工智能报告：指导原则、前瞻性建议和政策提案

2. 未来今日研究所：2024 技术趋势报告 - 移动性，机器人与无人机篇

3. Deepmind：AI 加速科学创新发现的黄金时代报告

4. Continental 大陆集团：2024 未来出行趋势调研报告

5. 埃森哲：未来生活趋势 2025

6. 国际原子能机构 2024 聚变关键要素报告 - 聚变能发展的共同愿景

7. 哈尔滨工业大学：2024 具身大模型关键技术与应用报告

8. 爱思唯尔（Elsevier）：洞察 2024：科研人员对人工智能的态度报告

9. 李飞飞、谢赛宁新作「空间智能」 等探索多模态大模型性能

10. 欧洲议会：2024 欧盟人工智能伦理指南：背景和实施

11. 通往人工超智能的道路：超级对齐的全面综述

12. 清华大学：理解世界还是预测未来？世界模型综合综述

13. Transformer 发明人最新论文：利用基础模型自动搜索人工生命

14. 兰德公司：新兴技术监督框架发展的现状和未来趋势的技术监督报告

15. 麦肯锡全球研究院：2024 年全球前沿动态（数据）图表呈现

16. 兰德公司：新兴技术领域的全球态势综述

17. 前瞻：2025 年人形机器人产业发展蓝皮书 - 人形机器人量产及商业化关键挑战

18. 美国国家标准技术研究院（NIST）：2024 年度美国制造业统计数据报告（英文版）

19. 罗戈研究：2024 决策智能：值得关注的决策革命研究报告

20. 美国航空航天专家委员会：2024 十字路口的 NASA 研究报告

21. 中国电子技术标准化研究院 2024 扩展现实 XR 产业和标准化研究报告

22. GenAI 引领全球科技变革关注 AI 应用的持续探索

23. 国家低空经济融创中心中国上市及新三板挂牌公司低空经济发展报告

24. 2025 年计算机行业年度策略从 Infra 到 AgentAI 创新的无尽前沿

25. 多模态可解释人工智能综述：过去、现在与未来

26. 【斯坦福博士论文】探索自监督学习中对比学习的理论基础

27. 《机器智能体的混合认知模型》最新 128 页

28. Open AI 管理 AI 智能体的实践

29. 未来生命研究院 FLI2024 年 AI 安全指数报告 英文版

30. 兰德公司 2024 人工智能项目失败的五大根本原因及其成功之道 - 避免 AI 的反模式 英文版

31. Linux 基金会 2024 去中心化与人工智能报告 英文版

32. 脑机接口报告脑机接口机器人中的人机交换

33. 联合国贸发会议 2024 年全球科技创新合作促发展研究报告 英文版

34. Linux 基金会 2024 年世界开源大会报告塑造人工智能安全和数字公共产品合作的未来 英文版

35. Gartner2025 年重要战略技术趋势报告 英文版

36. Fastdata 极数 2024 全球人工智能简史

37. 中电科：低空航行系统白皮书，拥抱低空经济

38. 迈向科学发现的生成式人工智能研究报告：进展、机遇与挑战

39. 哈佛博士论文：构建深度学习的理论基础：实证研究方法

40. Science 论文：面对 “镜像生物” 的风险

41. 镜面细菌技术报告：可行性和风险

42. Neurocomputing 不受限制地超越人类智能的人工智能可能性

43. 166 页 - 麦肯锡：中国与世界 - 理解变化中的经济联系（完整版）

44. 未来生命研究所：《2024 人工智能安全指数报告》

45. 德勤：2025 技术趋势报告 空间计算、人工智能、IT 升级。

46. 2024 世界智能产业大脑演化趋势报告（12 月上）公开版

47. 联邦学习中的成员推断攻击与防御：综述

48. 兰德公司 2024 人工智能和机器学习在太空领域感知中的应用 - 基于两项人工智能案例英文版

49. Wavestone2024 年法国工业 4.0 晴雨表市场趋势与经验反馈 英文版

50. Salesforce2024 年制造业趋势报告 - 来自全球 800 多位行业决策者对运营和数字化转型的洞察 英文版

51. MicrosoftAzure2024 推动应用创新的九大 AI 趋势报告

52. DeepMind：Gemini，一个高性能多模态模型家族分析报告

53. 模仿、探索和自我提升：慢思维推理系统的复现报告

54. 自我发现：大型语言模型自我组成推理结构

55. 2025 年 101 项将 (或不会) 塑造未来的技术趋势白皮书

56. 《自然杂志》2024 年 10 大科学人物推荐报告

57. 量子位智库：2024 年度 AI 十大趋势报告

58. 华为：鸿蒙 2030 愿景白皮书（更新版）

59. 电子行业专题报告：2025 年万物 AI 面临的十大待解难题 - 241209

60. 中国信通院《人工智能发展报告（2024 年）》

61. 美国安全与新兴技术中心：《追踪美国人工智能并购案》报告

62. Nature 研究报告：AI 革命的数据正在枯竭，研究人员该怎么办？

63. NeurIPS 2024 论文：智能体不够聪明怎么办？让它像学徒一样持续学习

64. LangChain 人工智能代理（AI agent）现状报告

65. 普华永道：2024 半导体行业状况报告发展趋势与驱动因素

66. 觅途咨询：2024 全球人形机器人企业画像与能力评估报告

67. 美国化学会 (ACS)：2024 年纳米材料领域新兴趋势与研发进展报告

68. GWEC：2024 年全球风能报告英文版

69. Chainalysis：2024 年加密货币地理报告加密货币采用的区域趋势分析

70. 2024 光刻机产业竞争格局国产替代空间及产业链相关公司分析报告

71. 世界经济论坛：智能时代，各国对未来制造业和供应链的准备程度

72. 兰德：《保护人工智能模型权重：防止盗窃和滥用前沿模型》-128 页报告

73. 经合组织 成年人是否具备在不断变化的世界中生存所需的技能 199 页报告

74. 医学应用中的可解释人工智能：综述

75. 复旦最新《智能体模拟社会》综述

76. 《全球导航卫星系统（GNSS）软件定义无线电：历史、当前发展和标准化工作》最新综述

77. 《基础研究，致命影响：军事人工智能研究资助》报告

78. 欧洲科学的未来 - 100 亿地平线研究计划

79. Nature：欧盟正在形成一项科学大型计划

80. Nature 欧洲科学的未来

81. 欧盟科学 —— 下一个 1000 亿欧元

82. 欧盟向世界呼吁 加入我们价值 1000 亿欧元的研究计划

83. DARPA 主动社会工程防御计划（ASED）《防止删除信息和捕捉有害行为者（PIRANHA）》技术报告

84. 兰德《人工智能和机器学习用于太空域感知》72 页报告

85. 构建通用机器人生成范式：基础设施、扩展性与策略学习（CMU 博士论文）

86. 世界贸易组织 2024 智能贸易报告 AI 和贸易活动如何双向塑造 英文版

87. 人工智能行业应用建设发展参考架构

88. 波士顿咨询 2024 年欧洲天使投资状况报告 英文版

89. 2024 美国制造业计划战略规划

90. 【新书】大规模语言模型的隐私与安全

91. 人工智能行业海外市场寻找 2025 爆款 AI 应用 - 241204

92. 美国环保署 EPA2024 年版汽车趋势报告英文版

93. 经济学人智库 EIU2025 年行业展望报告 6 大行业的挑战机遇与发展趋势 英文版

94. 华为 2024 迈向智能世界系列工业网络全连接研究报告

95. 华为迈向智能世界白皮书 2024 - 计算

96. 华为迈向智能世界白皮书 2024 - 全光网络

97. 华为迈向智能世界白皮书 2024 - 数据通信

98. 华为迈向智能世界白皮书 2024 - 无线网络

99. 安全牛 AI 时代深度伪造和合成媒体的安全威胁与对策 2024 版

100. 2024 人形机器人在工业领域发展机遇行业壁垒及国产替代空间分析报告

101. 《2024 年 AI 现状分析报告》2-1-3 页.zip

102. 万物智能演化理论，智能科学基础理论的新探索 - newv2

103. 世界经济论坛 智能时代的食物和水系统研究报告

104. 生成式 AI 时代的深伪媒体生成与检测：综述与展望

105. 科尔尼 2024 年全球人工智能评估 AIA 报告追求更高层次的成熟度规模化和影响力英文版

106. 计算机行业专题报告 AI 操作系统时代已至 - 241201

107. Nature 人工智能距离人类水平智能有多近？

108. Nature 开放的人工智能系统实际上是封闭的

109. 斯坦福《统计学与信息论》讲义，668 页 pdf

110. 国家信息中心华为城市一张网 2.0 研究报告 2024 年

111. 国际清算银行 2024 生成式 AI 的崛起对美国劳动力市场的影响分析报告 渗透度替代效应及对不平等状况英文版

112. 大模型如何判决？从生成到判决：大型语言模型作为裁判的机遇与挑战

113. 毕马威 2024 年全球半导体行业展望报告

114. MR 行业专题报告 AIMR 空间计算定义新一代超级个人终端 - 241119

115. DeepMind 36 页 AI4Science 报告：全球实验室被「AI 科学家」指数级接管

116. 《人工智能和机器学习对网络安全的影响》最新 273 页

117. 2024 量子计算与人工智能无声的革命报告

118. 未来今日研究所：2024 技术趋势报告 - 广义计算篇

119. 科睿唯安中国科学院 2024 研究前沿热度指数报告

120. 文本到图像合成：十年回顾

121. 《以人为中心的大型语言模型（LLM）研究综述》

122. 经合组织 2024 年数字经济展望报告加强连通性创新与信任第二版

123. 波士顿咨询 2024 全球经济体 AI 成熟度矩阵报告 英文版

124. 理解世界还是预测未来？世界模型的综合综述

125. GoogleCloudCSA2024AI 与安全状况调研报告 英文版

126. 英国制造商组织 MakeUK2024 英国工业战略愿景报告从概念到实施

127. 花旗银行 CitiGPS2024 自然环境可持续发展新前沿研究报告

128. 国际可再生能源署 IRENA2024 年全球气候行动报告

129. Cell: 物理学和化学 、人工智能知识领域的融合

130. 智次方 2025 中国 5G 产业全景图谱报告

上下滑动查看更多