可以感知形狀，連續(xù)體機(jī)器人研發(fā)出來了

4月22日消息 近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所基于幾何運(yùn)動旋量重建出連續(xù)體機(jī)器人的空間三維形狀，獲得連續(xù)體機(jī)器人的曲率、撓率等信息。相關(guān)成果發(fā)表在IEEE Robotics and Automation Letters上。連續(xù)體機(jī)器人和軟體機(jī)器人具有高靈巧性和順應(yīng)性的特點，在醫(yī)療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，然而連續(xù)體機(jī)器人的形狀反饋的缺失制約了其進(jìn)一步應(yīng)用。

機(jī)器人發(fā)展初期多是由連桿、電機(jī)和編碼器等剛性元件構(gòu)成，相關(guān)研究集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計、動學(xué)、動力學(xué)和控制上。近期，智能材料的不斷突破為機(jī)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(yīng)，從而身體會變形，產(chǎn)生彎曲、伸長、扭轉(zhuǎn)等運(yùn)動。并且很多智能材料的電阻、電容、磁性和光導(dǎo)效應(yīng)等在變形或者受到外力時會發(fā)生改變，具有天生的傳感能力。將智能材料用于機(jī)器人中，可以使機(jī)器人本體具有一定的智能驅(qū)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(yùn)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(xué)院沈陽自動化研究所機(jī)器人學(xué)國家重點實驗室微納米自動化課題組在磁控連續(xù)體微型機(jī)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(fā)表在Advanced Intelligent Systems上。微創(chuàng)手術(shù)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的標(biāo)志，手術(shù)導(dǎo)管機(jī)器人可以幫助醫(yī)生對病人狹小腔道內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確微創(chuàng)干預(yù)治療。然而，微型化、智能化是手術(shù)導(dǎo)管機(jī)器人的發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)手術(shù)軟鏡導(dǎo)管由于機(jī)械拉線驅(qū)動方式的限制，較難進(jìn)一步縮小整體尺寸且保證其可控性，因而限制了機(jī)器人在人體內(nèi)的應(yīng)用范圍。

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

連續(xù)體機(jī)器人廣泛應(yīng)用于醫(yī)療方面，。臨床需求與技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系決定了科研成果能否成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的源動力來自于產(chǎn)品能夠真正解決臨床實際問題，產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)同創(chuàng)新可以使臨床需求與醫(yī)療機(jī)器人相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品化推進(jìn)緊密結(jié)合，并且這種多方深度融合的模式將有利于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和臨床應(yīng)用規(guī)范的制定，彌補(bǔ)科研成果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和市場開發(fā)鏈條的短板，從而縮短創(chuàng)新醫(yī)療器械的臨床磨合期，促進(jìn)醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展速度。另一方面，把醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)服務(wù)納入醫(yī)療服務(wù)價格改革試點項目，探索新技術(shù)應(yīng)用市場化價格形成機(jī)制，通過價格水平體現(xiàn)創(chuàng)新醫(yī)療服務(wù)價值和醫(yī)療技術(shù)服務(wù)價值，能夠在提升醫(yī)療供給質(zhì)量水平的同時有效促進(jìn)新技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于臨床，由此促進(jìn)自主創(chuàng)新產(chǎn)品的發(fā)展。