以下文章經許可轉載自對話 (The Conversation)，這是一個涵蓋最新研究的線上出版物。
多年來，像章魚這樣的軟體動物無與倫比的運動和操作能力一直吸引著生物學家的興趣。一種沒有骨骼的動物如何將其觸手從柔軟狀態轉變為足以捕捉甚至殺死獵物的堅硬狀態？
一組科學家和工程師試圖回答這個問題，以便在機器人手術工具中複製章魚觸手的能力。上週，一個名為 STIFF-FLOP （用於外科手術的剛度可控的柔性和可學習機械手）的歐盟資助專案的成員公佈了該小組的最新成果。
支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞，以支援我們的工作 訂閱。 透過購買訂閱，您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的影響力故事的未來。
傳統的 手術機器人 基於由剛性連線部件構成的結構。這意味著它們只能透過沿直線移動到達患者腹部內的部位，而無法繞過可能擋路的器官。這也意味著它們在手術過程中可能會損壞健康的組織。
機器人章魚手臂比傳統手術機器人具有更大的運動自由度
以色列希伯來大學的生物學家對章魚運動和控制的潛在功能所進行的研究，帶來了一種很有希望的新方法。透過模仿章魚改變其手臂剛度的能力，這種新的機器人裝置可以擠過狹窄的開口，並適應患者體內的環境。
這將使其能夠在不損壞的情況下移動並操縱脆弱的器官。在手臂上配備手術工具，如夾鉗或切割器，將使外科醫生能夠以更直觀和安全的方式進行微創手術。
比薩聖安娜高等學院 (Scuola Superiore Sant'Anna, SSSA) 的 STIFF-FLOP 生物機器人團隊建立了一種纖細、柔軟且模組化的矽膠結構，該結構使用氣動執行器移動。這意味著該機器人能夠做出與章魚移動觸手的方式非常相似的運動模式。
為了使機器人的運動更像其生物原型，並實現剛度的變化，SSSA 與我在倫敦國王學院的團隊合作，採用了一種名為 顆粒堵塞 的技術。這使用一個充滿小顆粒的柔性氣球狀腔室。當空氣從腔室中抽出時，腔室內的顆粒相互壓縮或堵塞，整個腔室變得堅硬。
STIFF-FLOP 機器人手臂具有更大的運動和操作能力
這種效果與用於真空包裝超市出售的研磨咖啡的效果相同。事實上，由於其出色的堵塞效能，STIFF-FLOP 機器人原型中使用的顆粒實際上是研磨咖啡顆粒。
透過將這些充滿顆粒的腔室與機器人手臂整合在一起，它可以“凍結”在特定位置。這意味著一旦它到達患者腹部內需要進行手術的位置，就可以將其鎖定到位。
這種新設計已被證明能夠從完全放鬆的狀態轉變為非常僵硬的狀態，同時為整合手術器械提供充足的空間。因此，我們計劃在今年年底之前，在都靈大學和倫敦蓋伊醫院的全球領先外科醫生的指導下，對人類遺體進行世界上首次軟體機器人手術。
STIFF-FLOP 觸手在模擬手術中的活動
但是，受章魚啟發的機器人還可以在其他幾個需要改變其剛度的領域中找到用途。例如，它們可以用於工業檢查，尤其是在機器人需要擠過狹窄的開口然後延伸到其他無法進入或危險的區域時。這個想法對於核能行業尤其重要，該行業已經在為此類任務使用剛性的、蛇形機器人。
另一個潛在的應用是協助 搜尋和救援 行動和炸彈處理。這是因為能夠適應環境形狀的機器人在需要與脆弱物體或人類互動時特別方便。
倫敦國王學院的卡斯帕·阿爾特霍費爾 (Kaspar Althoefer) 不為任何從本文中獲益的公司或組織工作、諮詢、擁有股份或接受資金，並且沒有相關的從屬關係。
本文最初發表於對話 (The Conversation)。閱讀原文。