摘要：瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）团队研发的 Stingraybot（黄貂鱼机器人），以 4 厘米宽的柔性机身复刻黄貂鱼波动式游动，核心创新在于超声控制的微泡肌肉：通过硅胶膜微孔捕获空气形成微泡，超声刺激可毫秒级精准驱动其弯曲或波动运动（相同尺寸微泡响应振幅，不同尺寸微泡适配频率产生波动）。该机器人无缆无电池，可卷曲吞服、贴附心脏或导航肠道，已实现斑马鱼幼体无损捕捉、猪肠道远程导航及组织模型精准递药，为微创手术、药物递送、生物研究等领域提供革命性解决方案，相关成果发表于《Nature》（2025）。
引言：无缆无电池的柔性突破 —— 微泡肌肉让机器人 “如鱼得水”
传统刚性机器人虽在工业制造、运输等领域表现突出，但在医疗手术、生物探索等需要精准、柔性操作的场景中，受限于线缆束缚、电池依赖及灵活性不足等问题，难以满足 “无损交互、复杂环境适配” 的核心需求。ETH 苏黎世团队研发的 Stingraybot，以自然界黄貂鱼为灵感，创新采用超声控制的微泡肌肉技术，实现了无缆无电池的柔性驱动，其 4 厘米宽的机身可卷曲吞服、贴附器官或穿梭于复杂生物通道，为微创手术、药物递送、生物样本采集等领域带来革命性突破。
这款被戏称为 “海王反派武器” 的柔性机器人，实则是柔性机器人技术的里程碑 —— 它证明了 “超声 + 微泡” 可实现复杂波动运动，打破了柔性机器人对传统动力与操控系统的依赖，为微型、柔性、无线机器人的规模化应用奠定基础。
一、Stingraybot 的技术创新、形态与应用突破
1. 核心技术：超声驱动的微泡肌肉 —— 柔性运动的 “动力核心”
Stingraybot 的革命性突破源于 “微泡肌肉” 的创新设计，其技术原理可拆解为 “结构构建 + 超声操控 + 运动适配” 的三重逻辑：
微泡肌肉结构：团队通过微结构模具制造硅胶膜，膜上分布着仅 0.1 毫米深宽（约人类发丝直径）的微孔。当硅胶膜浸入液体时，微孔会捕获空气形成微泡阵列，这些微泡构成了机器人的 “人工肌肉”；
超声操控机制：通过无线发射超声信号，可在毫秒级时间内精准操控微泡肌肉运动。运动模式由微泡排列方式决定：
相同尺寸微泡阵列：根据超声信号的振幅变化产生弯曲运动，振幅越大，弯曲程度越显著；
不同尺寸微泡阵列：不同尺寸的微泡对超声频率的响应存在差异，在多频率超声刺激下，会形成类似黄貂鱼胸鳍的波动运动，实现高效游动；
核心优势：无需电池、线缆或电机，超声信号既提供动力又实现操控，彻底解决了微型柔性机器人的动力与操控难题，同时微泡肌肉的柔性特性确保运动温和，避免对环境或生物造成损伤。
2. 产品形态：多元适配的柔性载体 —— 从吞服胶囊到心脏贴片
Stingraybot 并非单一形态，而是基于微泡肌肉技术衍生出多元产品形态，适配不同应用场景：
黄貂鱼游动机器人（Stingraybot）：4 厘米宽的主体形态，复刻黄貂鱼的波动式游动，可在液体环境中灵活穿梭，适用于体内腔道探索或生物环境监测；
可卷曲吞服载体：主体可卷曲压缩至胶囊尺寸，患者吞服后，胶囊在体内溶解，机器人展开并在超声操控下完成药物递送或病灶探查，无需手术介入；
心脏贴片形态：可贴附于心脏等曲面器官表面，通过微泡肌肉的精准运动辅助器官功能，或实现局部药物递送；
微型夹持器：团队基于相同技术研发的柔性夹持器，可精准且无损地捕捉生物样本（如斑马鱼幼体）；
肠道导航轮式机器人：采用微泡肌肉驱动的轮式结构，成功在猪的复杂肠道环境中实现远程导航，适用于消化道疾病诊断或治疗。
3. 应用场景突破：医疗与生物探索的 “柔性利器”
微泡肌肉技术的温和性、精准性与无线操控特性，使其在医疗、生物研究领域实现多项突破性应用：
生物样本无损采集：微型夹持器可在不损伤生物的前提下捕捉斑马鱼幼体，采集后幼体可正常游动，解决了传统采集工具易损伤小型生物的痛点，为生物研究提供了新工具；
复杂腔道导航与治疗：轮式机器人成功突破猪肠道的狭窄、弯曲、不规则环境限制，实现远程导航，未来可用于人类消化道疾病的精准诊断、病灶靶向治疗或药物递送；
精准药物递送：超声激活的药物递送贴片可贴附于不同曲面组织，团队已在组织模型中成功实现精准染料递送（模拟药物递送），未来可开发为口服胶囊或体表贴片，实现无手术风险的靶向递药；
微创手术辅助：微泡肌肉的精准柔性运动可辅助外科医生完成微创手术中的精细操作（如组织分离、异物取出），减少手术创伤，提升手术安全性。
4. 研发团队与成果发表
该研究由 ETH 苏黎世声学机器人与生命科学及医疗教授 Daniel Ahmed 领衔，Zhiyuan Zhang、Zhan Shi 为联合第一作者，相关成果以《Ultrasound-driven programmable artificial muscles》为题发表于《Nature》期刊（2025 年），为柔性机器人技术的发展提供了重要学术支撑。
二、为何微泡肌肉能实现 “超声驱动 + 柔性运动”？
1. 动力与操控一体化逻辑：超声的 “双重作用”
Stingraybot 无需额外动力与操控系统，核心在于超声信号同时承担 “动力源” 与 “操控指令” 双重角色，其逻辑本质是 “声能 - 机械能” 的高效转化：
超声的动力作用：超声波在液体中传播时，会引发微泡的振动与膨胀收缩 —— 微泡在超声压力场中快速膨胀，推动硅胶膜产生形变；压力释放时，微泡收缩，硅胶膜恢复原状。这种周期性形变转化为机器人的运动动力；
超声的操控作用：通过调节超声的振幅与频率，可精准控制运动模式与强度 —— 振幅决定相同尺寸微泡阵列的弯曲程度，频率调节不同尺寸微泡的协同响应，进而实现弯曲、波动等不同运动，达成无线精准操控。
2. 运动模式适配逻辑：微泡阵列的 “结构 - 功能” 匹配
不同运动模式的实现，核心是微泡阵列的 “结构设计” 与超声信号的 “参数调控” 精准匹配：
弯曲运动：相同尺寸的微泡对超声频率的响应一致，其膨胀收缩的幅度由超声振幅决定。通过单侧微泡肌肉的振幅调控，可使硅胶膜向一侧弯曲，实现转向或局部形变；
波动运动：不同尺寸的微泡具有不同的共振频率，当施加多频率复合超声信号时，不同区域的微泡会在各自共振频率下依次膨胀收缩，形成沿硅胶膜的波动传递，复刻黄貂鱼的游动方式，实现高效推进。
3. 柔性与安全性逻辑：材料与结构的 “生物友好” 设计
Stingraybot 的柔性与安全性，源于材料选择与结构设计的双重考量：
材料生物相容性：采用医用硅胶等柔性生物友好材料，确保与人体组织或生物样本接触时无毒性、无刺激，避免引发炎症或损伤；
结构柔性适配：微泡肌肉的硅胶膜具有高弹性，运动时可随环境形变，能够贴合曲面器官或穿梭于狭窄通道，同时温和的运动方式不会对周围组织或生物造成机械损伤；
无线无缆优势：摆脱线缆束缚后，机器人可自由进入体内腔道，避免了线缆对组织的摩擦或损伤，同时无电池设计消除了电池泄漏或过热的安全风险。
三、Stingraybot 对医疗、生物与机器人行业的三重赋能
1. 对医疗领域：微创手术与精准医疗的 “革命推手”
Stingraybot 的技术突破为医疗领域带来多重变革，推动精准医疗与微创手术向更深层次发展：
微创治疗升级：可卷曲吞服的形态让消化道疾病治疗无需手术，减少患者痛苦与医疗成本，同时降低手术感染、出血等风险；
靶向递药突破：解决了传统药物递送 “靶向性差、副作用大” 的痛点，通过超声精准操控，可将药物递送至病灶局部，提升治疗效果，减少对健康组织的影响；
复杂腔道诊疗普及：能够导航于肠道等复杂腔道，为结直肠癌、炎症性肠病等疾病的早期诊断提供新工具，同时可实现病灶的原位治疗，提升诊疗一体化水平；
手术辅助精准化：柔性夹持器等工具可辅助医生完成微创手术中的精细操作，尤其适用于儿科、眼科等对操作精度要求极高的领域。
2. 对生物研究领域：无损探索的 “全新工具”
Stingraybot 的温和性与精准性，为生物研究提供了前所未有的无损探索工具：
小型生物研究突破：可无损捕捉斑马鱼幼体等小型生物，用于观察其生理活动或进行药物测试，避免传统工具对生物的损伤影响实验结果；
活体环境观测：可在不干扰生物正常生存的前提下，进入生物体内或生活环境，实时观测生理过程或生态行为，为发育生物学、生态学研究提供新视角；
药物筛选优化：在生物模型中实现精准药物递送与局部作用，可更准确地评估药物效果与毒性，提升药物筛选的效率与可靠性。
3. 对机器人行业：柔性机器人技术的 “里程碑突破”
Stingraybot 的研发成功，彻底重构了柔性机器人的技术路线与应用边界，推动行业进入新发展阶段：
动力与操控技术革新：超声驱动微泡肌肉的模式，为微型柔性机器人提供了 “无线、无电池、高柔性” 的动力解决方案，打破了传统电机、电池的技术局限；
应用场景大幅拓展：从工业环境延伸至人体内部、生物体内等复杂柔性环境，为柔性机器人开辟了医疗、生物等高价值领域；
技术迭代方向明确：证明了 “仿生设计 + 新型驱动技术” 的融合路径，为后续柔性机器人的研发提供了可复制的技术框架，推动行业向 “更小、更柔、更精准” 方向发展。
四、柔性机器人与医疗行业的格局变革
1. 柔性机器人行业：从 “工业适配” 到 “生物医疗主导”
Stingraybot 的突破将推动柔性机器人行业的核心应用场景从工业转向生物医疗，重塑行业格局：
技术路线转型：行业竞争从 “材料柔性” 转向 “驱动精准性 + 无线操控 + 生物相容性”，超声、光、磁等新型驱动技术将成为研发热点；
市场重心转移：医疗与生物领域的高价值需求将成为行业增长核心，替代传统工业柔性机器人成为市场主流；
产业链完善：带动生物相容性材料、微型传感器、超声操控设备等上下游产业的发展，形成 “材料 - 硬件 - 算法 - 医疗应用” 的完整产业链。
2. 医疗行业：精准医疗与微创治疗的 “普及加速”
Stingraybot 相关技术的落地将加速医疗行业向 “精准化、微创化” 转型，优化医疗资源配置：
诊疗模式变革：从 “开放式手术” 向 “无创 / 微创诊疗” 转变，从 “全身用药” 向 “靶向递药” 转变，提升医疗效果的同时降低医疗成本；
医疗资源下沉：小型化、低成本的柔性机器人可降低微创手术的设备门槛，让更多基层医院具备开展精准诊疗的能力，缓解医疗资源分布不均的问题；
新医疗业态涌现：催生 “机器人辅助精准递药”“腔道机器人导航诊断” 等新型医疗服务，推动医疗行业向更高效、更安全的方向发展。
3. 生物科技行业：活体研究与药物研发的 “效率革命”
柔性机器人技术将为生物科技行业带来研究方法的革新，加速科研与药物研发进程：
活体研究工具升级：提供无损、实时的活体观测与干预工具，让科研人员能够更深入地探究生物体内的生理过程，推动发育生物学、神经科学等领域的突破；
药物研发周期缩短：精准的体内药物递送与效果评估，可减少动物实验的误差，提升药物筛选的效率，缩短从研发到上市的周期；
科研成本降低：无需复杂的实验装置即可实现精准干预与观测，降低生物研究的门槛与成本，吸引更多科研力量参与。
五、Stingraybot 规模化落地的核心障碍与突破路径
在技术层面，面临 “超声穿透深度与操控精度平衡”“复杂体内环境适配” 的双重挑战。应对策略：优化超声发射装置与微泡肌肉的匹配性，提升超声在体内的穿透深度与信号稳定性；通过机器学习算法优化操控逻辑，让机器人能够自主适配肠道蠕动、体液流动等复杂环境变化。
在生物相容性与安全性层面，需确保长期体内应用的安全性。解决方案：进一步优化材料配方，提升硅胶膜与微泡的生物相容性与稳定性，避免长期植入引发免疫反应；开展长期动物实验，评估机器人在体内的生物安全性与降解特性（若为可降解设计）。
在规模化生产层面，微泡肌肉的精密制造工艺复杂，成本较高。应对措施：研发规模化微加工工艺，提升硅胶膜微孔与微泡阵列的制造效率；推动核心材料与部件的国产化，降低生产成本，为大规模临床应用奠定基础。
2. 特殊挑战：体内能源与续航的拓展
尽管当前无需电池，但超声驱动的续航依赖外部超声设备的持续供电，限制了机器人的活动范围与工作时间。应对策略：探索 “超声充电 + 储能微泡” 的组合模式，通过超声信号为机器人内置的微型储能单元充电，延长自主工作时间；优化运动算法，降低能耗，提升单次超声驱动的工作效率。
六、未来展望：2025-2030 柔性机器人的医疗与生物应用演进路径
1. 短期（2025-2027）：特定场景试点与技术优化
核心目标：完成消化道药物递送机器人的临床试验，优化超声操控精度与体内适配性；推动微型夹持器在生物研究中的规模化应用；
关键动作：开展小规模人体临床试验，验证吞服式机器人的安全性与有效性；优化微泡肌肉的制造工艺，降低生产成本；建立超声操控的标准化流程；
行业影响：在结直肠癌筛查、消化道疾病治疗等领域形成示范应用，带动医疗行业对柔性机器人的认可与采纳。
2. 中期（2028-2029）：多场景落地与产品多元化
核心目标：实现心脏贴片、肺部导航机器人等多元产品的临床应用；建立柔性机器人的医疗行业标准；
关键动作：拓展产品形态至心脏、肺部等更多器官适配场景；联合医疗机构制定柔性机器人的临床应用指南与安全标准；推动医保政策对相关医疗服务的覆盖；
行业影响：柔性机器人成为微创手术与精准医疗的常规工具，医疗行业的微创化、精准化水平显著提升。
3. 长期（2030+）：全场景普及与技术全球化
核心目标：实现柔性机器人在医疗、生物、科研等领域的全场景普及；推动中国柔性机器人技术标准成为全球参考；
关键动作：研发可降解柔性机器人，实现体内完成任务后自主降解，无需取出；将技术输出至全球，与国际医疗机构合作开展多中心临床试验；
社会价值：彻底改变传统医疗与生物研究模式，让精准微创治疗惠及更多患者，推动生物科技领域的快速发展，为人类健康与科研进步提供核心支撑。
七、结语：微泡肌肉驱动的柔性革命 —— 机器人走进 “生命深处”
Stingraybot 的诞生，不仅是柔性机器人技术的里程碑，更是 “技术向生命致敬” 的典范 —— 它以自然界黄貂鱼为灵感，用微泡肌肉与超声驱动，打破了传统机器人的刚性束缚，让机器人能够温和、精准地进入生命体内，完成诊疗与探索任务。
从技术层面看，它解决了微型柔性机器人的动力与操控核心难题，为行业开辟了全新技术路线；从应用层面看，它为医疗、生物领域提供了前所未有的无损、精准工具，推动精准医疗与生物研究向更深层次发展；从社会层面看，它将减少医疗创伤、降低医疗成本，让更多人受益于科技进步。
尽管面临穿透深度、生物相容性、规模化生产等挑战，但随着技术的持续迭代与跨领域合作的深化，柔性机器人终将走进 “生命深处”，成为人类健康与科研探索的 “可靠伙伴”。而 Stingraybot 所引领的这场柔性革命，也将持续推动技术与生命的深度融合，开启一个 “机器人赋能生命” 的全新时代。
END
