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        《電子技術應用》
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        可以感知形狀,連續體機器人研發出來了

        2022-04-30
        來源:互聯網綜合

          4月22日消息 近日,中國科學院沈陽自動化研究所基于幾何運動旋量重建出連續體機器人的空間三維形狀,獲得連續體機器人的曲率、撓率等信息。相關成果發表在IEEE Robotics and Automation Letters上。連續體機器人和軟體機器人具有高靈巧性和順應性的特點,在醫療領域展現出巨大的應用潛力,然而連續體機器人的形狀反饋的缺失制約了其進一步應用。

          機器人發展初期多是由連桿、電機和編碼器等剛性元件構成,相關研究集中在結構設計、動學、動力學和控制上。近期,智能材料的不斷突破為機器人的研究開辟了一條新的道路。不像鋼鐵等“沒有靈魂”的材料,智能材料具有一定的“生命”,他們會對電、熱、磁、光等外界信號的刺激作出響應,從而身體會變形,產生彎曲、伸長、扭轉等運動。并且很多智能材料的電阻、電容、磁性和光導效應等在變形或者受到外力時會發生改變,具有天生的傳感能力。將智能材料用于機器人中,可以使機器人本體具有一定的智能驅動和傳感能力,在不需要控制信號的情況下,就可以自主地運動,使身體“活”起來,并且可以憑借傳感“記錄”自己身體的變形和受到的外界力等信息。

          中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室微納米自動化課題組在磁控連續體微型機器人方面取得的最新研究成果(A Flexible Magnetically Controlled Continuum Robot Steering in the Enlarged Effective Workspace with Constraints for Retrograde Intrarenal Surgery),作為前封面文章(Front Cover)發表在Advanced Intelligent Systems上。微創手術是現代醫學的標志,手術導管機器人可以幫助醫生對病人狹小腔道內的組織結構進行精確微創干預治療。然而,微型化、智能化是手術導管機器人的發展趨勢及面臨的挑戰。傳統手術軟鏡導管由于機械拉線驅動方式的限制,較難進一步縮小整體尺寸且保證其可控性,因而限制了機器人在人體內的應用范圍。

          工業機器人已被越來越多地替代人類重復性勞動,并取得了很好的效果。但隨著機器人在各個領域的應用越來越廣泛,在制造業和社會服務領域的部分應用場合,對機器人作業提出了更高的要求,傳統的剛性機器人由于驅動裝置(包括電機、減速器等)安裝于機器人關節處,導致整體機構笨重,且連桿為剛性結構,對人類安全形成了潛在威脅,此外,機器人本體剛度大且難于實現柔順控制,導致其不能很好地適應環境。具有本質柔性,結構輕量且靈活性高的柔性協作機器人可很好地彌補現有工業機器人的不足,拓展機器人的應用領域?,F有的柔性機器人研究大多是采用流體、凝膠、形狀記憶等材料,使機器人能夠在氣壓、電流、磁場等外部輸入的控制下實現大幅度的拉伸收縮,但是一方面由于機器人的柔順性和高精度本身是一對矛盾體,大應變的同時必然會導致機器人的控制精度變差,另一方面,由于大的形變很難實現精確測量,因此現有的驅動材料尚無法做到像生物的肌肉組織一樣既具有本質的柔性又能保證控制精度和承載能力,從而導致柔性協作機器人無法達到實用化的程度。

          連續體機器人廣泛應用于醫療方面,。臨床需求與技術創新的關系決定了科研成果能否成功實現產業轉化。醫療機器人產業發展最重要的源動力來自于產品能夠真正解決臨床實際問題,產學研醫協同創新可以使臨床需求與醫療機器人相關應用基礎研究、產品化推進緊密結合,并且這種多方深度融合的模式將有利于產品標準和臨床應用規范的制定,彌補科研成果產業轉化和市場開發鏈條的短板,從而縮短創新醫療器械的臨床磨合期,促進醫療機器人產業的創新發展速度。另一方面,把醫療機器人技術服務納入醫療服務價格改革試點項目,探索新技術應用市場化價格形成機制,通過價格水平體現創新醫療服務價值和醫療技術服務價值,能夠在提升醫療供給質量水平的同時有效促進新技術大規模應用于臨床,由此促進自主創新產品的發展。




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