美国科学家发出一种新型生物混合机器人

美国科学家开发出一种新型生物混合机器人，其能在光刺激下以不同速度实现定向爬行。这项研究旨在探索调节神经元活动如何影响肌肉的机械输出，从而揭示出神经信号与肌肉驱动之间的内在关联。相关研究发表在最新一期《科学·机器人》上。

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生物混合机器人的肌肉驱动示意图。

来自美国伊利诺伊大学香槟分校、西北大学等机构科学家组成的团队，此次构建了一个集成骨骼肌与运动神经元的系统，二者被共同培育在一种水凝胶支架上，并通过神经肌肉连接实现功能整合。该连接可通过无线光遗传学技术进行精准控制，使研究人员能够远程激活或调节机器的运动行为。

该机器人的结构设计巧妙，配备一条短腿和一条长腿，其运动机制依赖于肌肉的周期性收缩与舒张。当肌肉收缩时，两条腿向彼此靠拢；当肌肉放松时，它们则重新分离。由于短腿在形变过程中弯曲程度更大，这种不对称的运动模式促使机器人整体向长腿一侧持续爬行。研究人员通过在系统中植入单个或双神经组织簇，制造出不同类型的爬行装置，并利用实验与模拟相结合的方式，系统分析了其机械行为特征。

研究发现，这些生物混合爬行机器人不仅表现出自发的肌肉抽搐，还能通过外部光刺激精确启动或调控运动。部分装置在光遗传学激活后开始爬行，甚至在光照停止后仍能维持一段时间的自主移动，显示出一定的持续性和记忆性神经活动。

更引人注目的是，当光刺激频率升高时，某些装置的爬行速度反而减慢，表明神经元的响应并非简单的线性关系，而是受到复杂神经网络动态的调控。研究人员认为，这种现象可能与神经元之间的同步性变化或兴奋-抑制平衡的调整密切相关。

这些发现为理解神经元信号如何转化为多样化的肌肉行为提供了新的视角。神经元因其对环境刺激的高度适应性和可塑性，成为控制复杂生物混合系统极具潜力的“生物控制器”。