一条斑马鱼幼鱼在水中悠闲游动，忽然，一个柔软的抓手轻轻合拢，将它稳稳握住。片刻后，随着超声波停止，抓手松开，幼鱼毫发无伤地游走——这不是科幻电影，而是苏黎世联邦理工学院研究人员开发的声控人工肌肉的真实演示。

一百多年前，清末科学家徐寿在《Nature》发表声学论文，纠正了伯努利定律的错误，成为中国科学家在那本期刊上的首次亮相。一百多年后，两位中国青年学者施展和张志远作为共同第一作者，再次于《Nature》发表声学领域突破性研究，推出了一种革命性的声控人工肌肉。

微气泡的力量：声波如何驱动肌肉

这项研究的核心创新在于使用了超过10,000个精密设计的微气泡。当这些微气泡被捕获在硅胶薄膜的微孔中并受到超声波刺激时，会产生振荡，从而推动人工肌肉运动。

这些微气泡的直径约为100微米，相当于人类头发的宽度。研究团队通过精确控制微气泡的尺寸和排列，使它们能够对特定频率的超声波做出响应。

“当受到扫频超声波激励时，微气泡阵列发生选择性振荡，产生分布式点推力，从而使肌肉实现可编程变形。”研究人员在论文中描述道。

这种设计使人工肌肉具有多项卓越特性：高紧凑性（约3,000个气泡/mm²）、轻量化（0.047 mg mm⁻²）、高力强度（约7.6 µN mm⁻²）和快速响应（抓取过程中低于100毫秒）。

从抓取到游泳：多场景应用展示

研究团队设计了多个演示案例，展示这种人工肌肉的多功能性：

温和的软抓手：由6至10条均匀气泡阵列肌肉组成的小型软抓手，每条触手含10,000–20,000个气泡。在超声刺激下，触手能在100毫秒内抓取斑马鱼幼体，停止刺激后幼体可自由游动。

“当看到这条只有几毫米长的仔鱼在你面前被稳稳抓住，然后又不给它带来任何伤害，以至于它能轻松地游走，这个场景是令人兴奋的！”张志远分享道。

自适应机器人皮肤：这种超薄的人工肌肉可以贴合到任意表面，如杏仁或草叶，赋予静态物体运动能力。一片普通的茶叶在装上这种机器人皮肤后，竟然能在超声波作用下弯曲摆动。

仿生黄貂鱼机器人：研究人员开发了名为“Stingraybot”的微型机器人，其两侧仿生胸鳍集成了变尺寸气泡阵列。在扫频超声激励下，胸鳍产生波动运动，模仿真实黄貂鱼推进，速度约达0.8体长/秒。

生物医学应用的突破性前景

这种声控人工肌肉在生物医学领域展现出巨大潜力：

心脏贴片：研究人员将均匀气泡阵列肌肉贴附在离体猪心外膜表面，在96 kHz和60 Vpp下保持功能粘附超过60分钟。这种技术有望支持未来心脏治疗和临床干预，如抗纤维化药物递送或基因治疗。

靶向药物递送：将人工肌肉预封装在可生物降解胶囊中，注入离体猪膀胱后，胶囊在3–5分钟内溶解，暴露出的驱动器在超声作用下变形并贴附于膀胱内壁。

胃肠道导航：线性人工肌肉被预折叠为轮状结构，在扫频超声波作用下能沿胃和肠道复杂黏膜表面定向滚动，展示了在胃肠道内软机器人干预与靶向递送的潜力。

中国青年的科研之旅

共同第一作者张志远和施展在这项研究中发挥了关键作用。张志远具有多年软体机器人研究背景，而施展则专精于声学领域。

研究初期，团队面临巨大挑战——如何将超声波与软体机器人有效结合。张志远回忆道：“超声波如何驱动一个软体机器人？把气泡扩展到不同的尺度之上会怎样？”

他们通过微纳加工和光刻技术实现了微气泡阵列的高精度制造，并引入旋涂技术制作出极薄的人工肌肉。这些技术突破为后续的应用演示奠定了基础。

未来展望：从实验室到真实世界

这项技术的独特优势在于与现有临床超声设备的兼容性。相比其他驱动方式，这种声控人工肌肉无需额外搭建专用设备，可以直接与医院常用的超声波探头配合使用。

此外，微气泡既可以作为驱动单元，也可以作为成像单元，因为它们具有明显的声学对比效果，便于通过B超等设备进行跟踪观察。

展望未来，施展计划基于离体生物实验，开展基于活体的生物实验，并通过产业研的结合让成果实现落地，最终做成人体可用的医疗装备和手术器件。

这项研究标志着我们在无线、精准控制软体机器人方面迈出了重要一步。从微创手术到靶向药物治疗，从可穿戴设备到工业操纵，这种声控人工肌肉技术正悄然开启一个全新的软体机器人时代。

正如科学家们所展望的，这种可定制化人工肌肉有望对软机器人、可穿戴技术、触觉反馈和生物医学仪器领域产生深远影响。而其中中国青年的贡献，正在书写科学传承的新篇章。