中國學者一作Nature論文：超聲波驅動的人工肌肉，能夠抓握、彎曲和游動

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

現代機器人具備非凡的能力，但仍無法擁有像人類觸覺那樣的柔和、漸變的微妙感受。這一局限性促使了新興的柔性機器人領域的誕生，該領域旨在使用柔韌材料和能像肌肉一樣流暢、靈活地運動的柔性驅動器，取代傳統機器人所用的剛性材料和笨重的驅動裝置。這種系統有望變革假肢技術，使微創手術機器人能夠在人體內操作，并為通過觸覺傳遞信息（例如通過振動或施加壓力）的可穿戴設備提供動力。

2025 年 10 月 29 日，蘇黎世聯邦理工學院Shi Zhan、Zhang Zhiyuan作為共同第一作者，在國際頂尖學術期刊Nature上發表了題為：Ultrasound-driven programmable artificial muscles 的研究論文。

該研究開發了一種超聲波驅動的人工肌肉——充滿微泡的柔性材料在受到超聲波照射時會發生彎曲，從而實現無線操控人工肌肉完成抓握、彎曲以及游泳等動作。

肌肉系統是動物活動能力的基本組成部分，在科技和醫療領域激發了諸多創新。然而，人工肌肉（Artificial Muscle）由于復雜的驅動機制和苛刻的材料要求，在動態可編程性、可擴展性和響應性方面存在不足。

在這項最新研究中，研究團隊介紹一種用于人工肌肉的設計范例，利用超過 10000 個微泡（microbubble），并通過靶向超聲波激活。這些微泡經過精心設計，其尺寸精確，對應著不同的共振頻率。當受到掃頻超聲波刺激時，人工肌肉中的微泡陣列會進行選擇性振蕩，并產生分布式點推力，從而使肌肉能夠實現具有顯著特性的可編程變形，且具有多種卓越性能——高緊湊性（約 3000 個微泡/mm2）、輕量化（0.047 mg/mm2）、高力強度（約 7.6 μN/mm2）以及快速響應（抓取過程小于100 毫秒）。

此外，其還具有良好的可擴展性（從微米到厘米尺度）、出色的柔韌性和多個自由度。

研究團隊還通過一個理論模型來支持這種方法，并展示了其在靈活操控生物體、為靜態物體添加移動性的貼合式機器人皮膚以及貼合附著于離體豬器官、在離體生物環境中推進的仿生鰩魚機器人等方面的應用。

這種可定制的人工肌肉可能會對柔性機器人技術、可穿戴技術、觸覺技術和生物醫學儀器產生立竿見影以及長期的影響。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09650-3