科技|超聲波遙控「魔鬼魚機械人」 無電池微氣泡肌肉助體內手術

[星島綜合報道]由瑞士聯邦理工學院 ETH Zurich 團隊研發、被研究人員暱稱為「Stingraybot」的微型軟體機械人，近日於《Nature》期刊發表，展示一種以「微氣泡人工肌肉」結合超聲波遙控的新型機械運動方式。這項技術不但突破傳統機械人對電池與電線的依賴，更為微創手術、藥物傳送及生物研究等領域帶來嶄新想像。

這款「魔鬼魚機械人」闊度僅約4厘米，外形與真實魟魚相似，透過仿生的波浪式擺動「胸鰭」前進。與一般微型機械人不同，它本身不設電池或內置馬達，所有動作均由外部發出的超聲波驅動。研究團隊在矽膠薄膜中製作出大量微細孔洞，孔洞在水中會自然困住空氣，形成微氣泡；當超聲波照射時，這些氣泡便會產生可控變形，推動薄膜彎曲或起伏，猶如肌肉收縮。

團隊指出，氣泡排列方式直接影響運動模式。若氣泡大小一致，薄膜會隨超聲波強度彎曲；若氣泡大小不一，則會在不同頻率下依序反應，形成連續的波浪運動，令機械人能作出更接近生物的游動行為。整個反應時間以毫秒計，精準度遠高於現有不少軟體機械設計。

研究由 ETH Zurich「聲學機械人」研究小組主導，團隊負責人、教授 Daniel Ahmed 表示，能以如此簡單的結構實現複雜的仿生運動，是研究一大突破，證明微氣泡不僅可用於單一動作，而是具備「可編程」的運動潛力。

除了「魔鬼魚機械人」，研究人員亦利用同一原理研發出微型抓取臂，成功在不造成傷害的情況下捕捉斑馬魚幼體；以及一款輪式微型機械人，能在豬隻腸道這類狹窄、彎曲且不規則的環境中前進。相關實驗顯示，這類柔軟結構在生物體內操作時，安全性明顯高於傳統剛性機械。

在醫療應用方面，團隊已測試可貼附於不同組織表面的超聲波藥物傳送貼片，並成功於組織模型中進行精準染料釋放。長遠而言，研究人員期望將「Stingraybot」捲起後放入可溶解膠囊，讓病人吞服，於腸道內定點釋放藥物，減低手術風險與成本。

隨着軟體機械與聲學控制技術持續成熟，這類「無線、無電池、可吞服」的微型機械人，或將成為未來精準醫療與體內治療的重要工具，亦標誌着人工肌肉與仿生機械正式踏入實用化的新階段。

圖片：Shi Z et al. Nature 2025

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