行业技术趋势 - 机器人领域正从传统刚体结构向柔性、仿生、智能化方向转型，关键词包括“软体机器人”、“可变形机器人”和“智能致动器” [1] - “人工肌肉”作为软体机器人关键运动与控制模块，在气动/液压、电致驱动、介电弹体、光驱动、磁驱动和离子聚合物-金属复合物等材料上不断取得突破 [1] - 人工肌肉技术从实验室走向实际部署仍面临材料耐久性、集成化、响应速度、可编程控制、可扩展性和系统化设计等挑战 [1] 政策与战略背景 - 中国在“十五五”规划中预期将加快发展人工智能、机器人、信息通信等新兴产业，并强调基础研究、自主技术和产业化应用提升 [2] - 新型驱动器、智能致动器、可编程人工肌肉等技术模块被纳入国家战略视野，是科技创新链和产业链中的“短板”，并可能成为引领产业跃升的新支点 [2] 技术创新突破 - 苏黎世联邦理工学院团队开发了一种含有微泡且可通过超声波控制的新型人工肌肉，该研究已发表于《Nature》正刊 [2][5] - 技术创新点在于将超声波激活的微泡阵列集成到软质人工肌肉中，解决了软质材料声学对比度低、无法产生足够作用力的难题 [7] - 每个微腔深度和直径约为10-100微米（相当于人类头发宽度），肌肉浸入水中时数以万计的微气泡被捕获，超声波引发微气泡振荡产生微射流，使肌肉变形 [8] - 通过不同尺寸微泡的排列及使用扫频超声调制进行频率选择性激发，研究人员实现了对人工肌肉多模态变形的控制能力 [8] 应用场景演示 - 研究人员设计了一种由6到10个微泡阵列人工肌肉组成的微型软体抓取器，每个触手浸入水中可容纳约10,000-20,000个微泡，能在100毫秒内抓住斑马鱼幼鱼且具备生物相容性 [11] - 该人工肌肉可作为适形机器人皮肤，粘附于任意表面（如杏仁或茶叶）并赋予静止物体可控的旋转或弯曲运动能力，且不显著增加尺寸或质量 [13] - 团队设计了一款仿生黄貂鱼机器人Stingraybot，宽约4厘米，两侧集成人造肌肉，在扫频超声刺激下可模仿天然黄貂鱼的波动运动 [13][19] - 在医疗应用演示中，机器人皮肤可在离体猪心脏心外膜表面保持功能性粘附超过60分钟，并实现多模态形状变换、可编程局部机械力及选择性药物输送 [15] - 预折叠的人工肌肉和黄貂鱼机器人展示了在体外猪膀胱内部和猪胃肠组织中的导航能力，目标应用包括定点药物释放、微创进入炎症或纤维化组织 [16][19] 技术优势与潜力 - 本次成果首次将超声驱动从微观机器人扩展到介观软体机器人，成功驱动更大尺寸材料并应用于动物实验 [19] - 相比磁控机器人，该技术无需额外搭建驱动设备，其使用的超声波技术与临床超声技术具备无缝衔接的优势 [19] - 超声驱动的可编程人工肌肉结合了生物相容性、灵活性和无线控制，在未来的医疗和技术应用中拥有巨大潜力 [15]