此处描述的“肌腱驱动”连续体机器人在现实生活中的直径约为 7 毫米,并以长度范围为 15 至 70 毫米的部分制成。其他型号可能更窄。都表现出触手状的运动。
多伦多大学密西沙加分校 Continuum 机器人实验室主任 Jessica Burgner-Kahrs 和她的团队正在建造非常细长、灵活和可扩展的机器人,直径只有几毫米,用于手术和工业。你可以称之为“动物学”。
与类人机器人不同,所谓的连续体机器人具有长而无肢的身体——与蛇的身体不同——这使得它们能够进入难以到达的地方。
考虑一位需要切除脑肿瘤的神经外科医生。使用传统的、刚性的手术工具,外科医生必须沿着直通大脑的路径到达癌肿块,并冒着刺穿和损坏重要组织的风险。
密西沙加大学数学和计算科学副教授Burgner-Kahrs 设想有一天,她的一个蛇形机器人在外科医生的指导下,能够绕着重要组织走一条蜿蜒的小路,但仍能到达精准的手术部位。以前无法手术的脑肿瘤可能突然变得可以手术了。
“它可以彻底改变手术,”她说。
穿过机器人“身体”的线连接到每个身体部分末端的一个较厚的圆盘上。这些螺纹被拉动以控制机器人的各个部分并将它们弯曲到不同的方向。每个圆盘内的磁铁以交替极性排列,确保无论机器人段的长度如何,圆盘都保持等距。这有助于机器人根据需要弯曲并以“跟随引导”运动的方式穿过曲线路径——蛇状“身体”跟随“头部”的路径。该实验室开发了一种夹在两层硅胶之间的重叠鳞片护套。当在硅胶层之间施加真空时,通常灵活的机器人会变得僵硬。
计算机科学家和机械工程师Burgner-Kahrs说,她的实验室还在开发更先进的一代连续体机器人,这些机器人配备传感器并且可以部分地自行驾驶。外科医生必须使用计算机远程操作机器人,但机器人会知道如何避开障碍物并识别其目的地。例如,外科医生可以部署其中一个机器人从腹部收集组织样本,或者将抗癌药物直接注射到肺部肿瘤中。
在人体外也有用途。
Burgner-Kahrs 正在开发不同类型的连续体机器人,这些机器人可用于锁孔手术,与目前的微创手术技术相比,对患者造成的创伤更少。
一个连续体机器人可以滑过喷气发动机的内部,检查它是否有损坏。该实验室正在试验更加灵巧和可扩展的新形式。最近的一项具有潜在搜索和救援应用的设计灵感来自折纸:它非常轻,并且可以比其他设计拉长 10 倍。
机器人可以配备摄像头,让操作员可以看到机器人的位置。可以根据需要安装微型手术工具,包括镊子、激光或抽吸装置。