生物混合機器人的肌肉驅動示意圖。圖片來源：美國伊利諾伊大學香檳分校/西北大學

美國科學家開發出一種新型生物混合機器人，其能在光刺激下以不同速度實現定向爬行。這項研究旨在探索調節神經元活動如何影響肌肉的機械輸出，從而揭示出神經信號與肌肉驅動之間的內在關聯。相關研究發表在最新一期《科學·機器人》上。

來自美國伊利諾伊大學香檳分校、西北大學等機構科學家組成的團隊，此次構建了一個集成骨骼肌與運動神經元的系統，二者被共同培育在一種水凝膠支架上，並通過神經肌肉連接實現功能整合。該連接可通過無線光遺傳學技術進行精准控制，使研究人員能夠遠程激活或調節機器的運動行為。

該機器人的結構設計巧妙，配備一條短腿和一條長腿，其運動機制依賴於肌肉的周期性收縮與舒張。當肌肉收縮時，兩條腿向彼此靠攏﹔當肌肉放鬆時，它們則重新分離。由於短腿在形變過程中彎曲程度更大，這種不對稱的運動模式促使機器人整體向長腿一側持續爬行。研究人員通過在系統中植入單個或雙神經組織簇，制造出不同類型的爬行裝置，並利用實驗與模擬相結合的方式，系統分析了其機械行為特征。

研究發現，這些生物混合爬行機器人不僅表現出自發的肌肉抽搐，還能通過外部光刺激精確啟動或調控運動。部分裝置在光遺傳學激活后開始爬行，甚至在光照停止后仍能維持一段時間的自主移動，顯示出一定的持續性和記憶性神經活動。

更引人注目的是，當光刺激頻率升高時，某些裝置的爬行速度反而減慢，表明神經元的響應並非簡單的線性關系，而是受到復雜神經網絡動態的調控。研究人員認為，這種現象可能與神經元之間的同步性變化或興奮-抑制平衡的調整密切相關。

這些發現為理解神經元信號如何轉化為多樣化的肌肉行為提供了新的視角。神經元因其對環境刺激的高度適應性和可塑性，成為控制復雜生物混合系統極具潛力的“生物控制器”。

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