面向多功能生物混合机器人中大动态变形的协同优化体积型肌肉设计

《Nature Communications》：Co-optimized volumetric muscle design for large dynamic deformations in versatile biohybrid robots

　　生物混合机器人利用经过工程改造的活肌肉组织作为驱动器，具有自组织、适应性和自我修复能力。当前的设计主要关注改善肌肉生理学特性，却忽视了肌肉与支架之间在机器人功能中的相互作用。我们提出了一套计算与实验相结合的流程，用于协同优化厘米级生物驱动器的外形和功能。借助软体模拟框架，我们对统一的肌肉-支架系统进行了建模，并采用进化算法和有针对性的参数扫描来最大化运动范围。所得到的生物驱动器通过将骨骼肌组织与微沟道水凝胶支架集成而制造，具备连续界面，能够实现高效的力传递和大范围、快速的变形。与以往相似肌肉体积的设计相比，其运动范围提高了多达十一倍，可驱动具有跳跃、游泳、行走和抓取能力的机器人，并且可扩展为多单元系统。通过统一建模、优化和制造，我们展示了这一流程如何加速高性能生物混合机器人的开发。