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新的连续体机器人设计可实现1微米或更小的运动分辨率

时间:2021-08-18 来源网站:河北化工机械网

新的连续体机器人设计可实现1微米或更小的运动分辨率

由范德比尔特(Vanderbilt)工程师设计的新型连续体机器人可实现多尺度运动,并可能为以前不可能进行的复杂显微外科手术打开广阔的世界。

该机器人既可以提供手术干预所需的大型宏观运动工作空间,又可以提供运动分辨率为1微米或更小的小型微运动工作空间。对于规模感,一英寸包含25,400微米中国机械网okmao.com。人类的红细胞约有8微米宽,与某些细菌大小相同,并且比人类平均头发的宽度小得多。

“我们的设计通过使用廉价的执行器来实现1微米或更小的运动分辨率。这种重新配置(以最低的附加成本)可以加速新型外科手术机器人的开发,该机器人既可以进行宏大运动,也可以进行外科手术干预,并且可以进行微尺度运动。机械级教授兼高级机器人与机械应用实验室主任Nabil Simaan说。

他说:“这极大地扩展了微创手术中机器人技术的能力。”

微型化和活动范围可以在复杂的动脉瘤,微小的静脉和动脉,神经以及眼睛,内耳和声带的脆弱结构的手术过程中进行精确控制。潜在的应用包括活检,根除肿瘤和在细胞水平上靶向药物递送。

Simaan和他的团队通过改变机器人的平衡姿势,使他先前的连续体机器人的灵活体系结构适应了宏观和微观的要求,Simaan称其为具有平衡调制或CREM的连续体机器人。

先前的连续体机器人的灵活体系结构实现了像蠕虫一样的宏操作。机器人被分割成盘状或环状,就像worm的身体一样。每个圆盘通过微小的骨架或驱动管连接在一起。通过在致动管内添加细小的弹性线并上下移动线,板的静态平衡会发生变化,从而在微米级产生运动。

范德比尔特外科工程学院的附属机构Simaan表示:“这类新型机器人将在穿越宏大的弯曲路径到达手术部位的同时提供微精度。潜在的好处包括精确的组织重建和彻底的肿瘤根除手术”

该机器人使用管状次要骨架来实现大规模运动。通过推和拉它们,连续机器人的配置发生变化。增加的可在管状主干中滑入和滑出的导线使研究团队能够调节平衡形状。

另外,正在进行结合光学相干断层摄影术的广泛测试,光学相干断层摄影术是有效的“光学超声”,其允许成像来自组织内的反射。

Simaan和他的同事,机械工程研究生Giuseppe Del Giudice,眼科学和视觉科学的研究助理教授,沉金慧和医师Karen M.Joos,Joseph N.和Barbara H.Ellis家庭眼科学教授已经完成了初步整合定制的OCT探针。

Joos的特别研究兴趣是将微型OCT探头与机器人手术工具一起使用,以改善眼内手术的可视化。Del Giudice的专长是微连续医疗机器人的设计和控制,特别是眼科手术的微操纵。

Simaan说,通过提供显着提高的灵活性,可控制性和精确性给外科医生,甚至率先开创以前不可能的程序,扩展微型连续运动机器人在微尺度运动和瞄准方面的功能可能会对显微外科手术产生深远影响。