8月31日，國際知名學術期刊《美國科學院院報》上一項最新研究報告了一種受章魚啟發的摺紙機械臂，未來有望用於內窺鏡檢查、插管等醫療應用。

“該機械臂變形模式多樣，控制靈活，適宜複雜環境空間內的定位操作。其次，該機械臂採取無線磁場控制，功率源與驅動器無任何物理連線，因此該系統十分易於小型化和在受限空間內進行靈活和精確的作業。”論文共同第一作者吳帥與迮棄疾對澎湃新聞（www。thepaper。cn）記者介紹道。

開啟百度App

摺紙機械臂在抓取物體 影片來源於受訪者（00：04）迮棄疾表示，一些醫療場景（如內窺鏡手術）操作空間十分有限，需要導管前端具有靈活和精準的定位控制，而這些控制通常不易從遠端施加或容易對病人造成損傷。此項研究的磁驅動摺紙機械臂具有柔順結構，對人體損傷小，並能遠端操控，無需管線，減少手術創傷，可以很好地彌補現有醫療裝置的一些缺點。此外，現在已有一些成熟的磁場控制醫療裝置，比如核磁共振（MRI），因此可以方便地將該機械臂技術向實際應用推進。

用於醫療的摺紙機械臂 圖片來源於受訪者該研究論文標題為《Stretchable origami robotic arm with omnidirectional bending and twisting》（萬向彎曲和扭曲的可伸縮摺紙機械臂），通訊作者為斯坦福大學教授趙芮可（原俄亥俄州立大學），以及佐治亞理工學院教授Glaucio H。 Paulino。

論文指出，與傳統依靠關節連線提供旋轉和平移自由度的機械臂相比，章魚的軟臂能夠進行更復雜的運動，例如大幅度變形、迅速捕食等。受此啟發，人們探索了將摺紙柔順機構用於實現各種尺度的機械運動，可應用於生物醫學裝置和航空航天等工程領域。

摺紙機械臂模擬章魚進行收縮、展開、彎曲 圖片來源於論文人們已經研究了不同摺紙機制讓機械臂進行收縮、展開、彎曲等運動，然而，大多數現有摺紙機械臂運動的自由度有限，比如只能收縮或展開、單向彎曲和雙向彎曲。雖然已經有了具有多個自由度的整合運動系統，但這通常依賴多個笨重的制動器或有線驅動（例如電機和氣動泵），嚴重限制了機械臂在一些環境中的靈活性與功能發揮。

摺紙機械臂進行收縮、展開、彎曲 影片來源於受訪者（00：08）此項工作中，研究人員使用Kresling摺紙結構單元和磁驅動器設計了機械臂。每個Kresling單元上有一個磁驅動器，磁化方向經特殊設計，保證施加外加磁場時不同節點產生不同轉矩，實現機械臂的不同仿生變形模式和功能。他們設計了包括12個和18個單元的機械臂，這些機械臂能夠實現多種整合的變形，並可以像章魚臂一樣拾取和操縱物體。

Kresling單元的驅動機制圖片來源於論文關於此項研究的優勢，迮棄疾介紹稱，第一，機械臂可以同時實現伸縮、萬向彎曲、扭曲等不同變形和物體抓取和操作等功能的整合；第二，靈活的設計自由度，可以透過定製Kresling單元數量及磁驅動器的磁化方向，滿足不同的應用場合和目標功能需求取自百；第三，採用遠端磁場驅動，避免常規電機或氣泵驅動所需的複雜管線，易於小型化和狹窄空間作業，特別適合人體內的一些應用環境。

“設計的過程中需要根據變形和功能的需求來設計摺紙單元的數量、磁驅動器的磁化方向以及施加磁場的大小和方向，同時還需要考慮單元的機械和磁特性，該機械臂設計自由度高，但同時非法抓也帶來了很多不同的設計變數需要考慮，設計過程較為複雜。”問及研發度該摺紙機械臂的過程的主要困難，吳帥表示。對此，他們考慮結合機器學習的方法輔助設計過程，之前的研究工作也曾藉助最佳化演算法來完成磁驅動機器人的設計，取得了很好的效果。

最後談及未來發展方向，迮棄疾表示“我們希望進一步的推進在醫療方面的應用，比如，逐步進行腸胃模型實驗和動物實驗，並透過分析實驗過程中遇到的困難，以及和醫生了解真實的臨床需求來最佳化機械臂的結構和功能設計。”

論文連結為：https：//www。pnas。org/content/118/36/e2110023118

（本文來自澎湃新聞，更多原創資訊請下載“澎湃新聞”APP）