中国学者一作Nature论文：超声波驱动的人工肌肉，能够抓握、弯曲和游动

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

现代机器人具备非凡的能力，但仍无法拥有像人类触觉那样的柔和、渐变的微妙感受。这一局限性促使了新兴的柔性机器人领域的诞生，该领域旨在使用柔韧材料和能像肌肉一样流畅、灵活地运动的柔性驱动器，取代传统机器人所用的刚性材料和笨重的驱动装置。这种系统有望变革假肢技术，使微创手术机器人能够在人体内操作，并为通过触觉传递信息（例如通过振动或施加压力）的可穿戴设备提供动力。

2025 年 10 月 29 日，苏黎世联邦理工学院Shi Zhan、Zhang Zhiyuan作为共同第一作者，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Ultrasound-driven programmable artificial muscles 的研究论文。

该研究开发了一种超声波驱动的人工肌肉——充满微泡的柔性材料在受到超声波照射时会发生弯曲，从而实现无线操控人工肌肉完成抓握、弯曲以及游泳等动作。

肌肉系统是动物活动能力的基本组成部分，在科技和医疗领域激发了诸多创新。然而，人工肌肉（Artificial Muscle）由于复杂的驱动机制和苛刻的材料要求，在动态可编程性、可扩展性和响应性方面存在不足。

在这项最新研究中，研究团队介绍一种用于人工肌肉的设计范例，利用超过 10000 个微泡（microbubble），并通过靶向超声波激活。这些微泡经过精心设计，其尺寸精确，对应着不同的共振频率。当受到扫频超声波刺激时，人工肌肉中的微泡阵列会进行选择性振荡，并产生分布式点推力，从而使肌肉能够实现具有显著特性的可编程变形，且具有多种卓越性能——高紧凑性（约 3000 个微泡/mm²）、轻量化（0.047 mg/mm²）、高力强度（约 7.6 µN/mm²）以及快速响应（抓取过程小于100 毫秒）。

此外，其还具有良好的可扩展性（从微米到厘米尺度）、出色的柔韧性和多个自由度。

研究团队还通过一个理论模型来支持这种方法，并展示了其在灵活操控生物体、为静态物体添加移动性的贴合式机器人皮肤以及贴合附着于离体猪器官、在离体生物环境中推进的仿生鳐鱼机器人等方面的应用。

这种可定制的人工肌肉可能会对柔性机器人技术、可穿戴技术、触觉技术和生物医学仪器产生立竿见影以及长期的影响。

论文链接：

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