技术突破 - 开发出全新软体机器人手术系统 完全不需要电机驱动 仅靠液压传动实现精准内窥镜手术操作 [1] - 从水蛭获得灵感设计三爪抓持器 能够像水蛭吸盘一样牢牢抓住组织 [1] - 在离体猪肠实验中成功完成病变组织的抓取 提升和电切除全过程 [1] 行业痛点 - 现有ESD机器人系统采用钢缆驱动机制 在狭窄弯曲肠道内操作时产生严重摩擦力损失和控制滞后 [4] - 传统系统依赖微控制器 直流电机和泵等复杂组件 使设备体积庞大 价格昂贵 [4] - 现有系统多采用双爪抓持器 抓取圆形或不规则组织需要频繁调整旋转角度 增加医源性损伤风险 [5] 仿生设计创新 - 基于水蛭口器结构设计三爪抓持器 三个爪子呈120度均匀分布在圆形结构上 [6] - 抓持器直径仅4毫米 长度8.5毫米 开口面积可从12.5平方毫米扩展到31.2平方毫米 扩展系数达2.5倍 [8] - 建立精确数学模型描述运动特性 压力与位移关系二次方程的R²值达0.998 [8] 控制系统优势 - 开发纯机械主从操作机制 完全不依赖电子控制 [9] - 采用三个注射器作为液压源 通过机械结构实现1.45的力放大比 [11] - 液压传动能量损失几乎可忽略 高弯曲角度下仍保持稳定力传递和精确控制 [11] 性能表现 - 软体机械臂可伸长70毫米 实现100%伸长率 完成40毫米直径旋转轨迹 [12] - 产生最大3.88牛顿力 远超过ESD手术所需的2.26牛顿阈值 [12] - 平均跟踪误差仅0.2毫米 响应延迟仅0.0895秒 远低于150毫秒安全期限 [12] 实验验证 - 在硅胶结肠模型中成功完成肿瘤抓取和提升操作 [15] - 在离体猪大肠实验中验证与电切装置协同工作能力 [16] - 系统在0.2赫兹频率下连续工作超40分钟 Y轴位移偏移仅0.9% [18] 竞争优势 - 提升力3.88牛顿超过FPCW的1.54牛顿 STRAS的0.9牛顿和其他系统的0.47牛顿 [19] - 保持5.5毫米紧凑直径同时能覆盖整个结肠范围 包括盲肠和回盲瓣等传统系统难以到达区域 [19] 应用前景 - 设计理念有望应用于其他自然腔道内窥镜手术领域 如经鼻内窥镜手术和经尿道膀胱肿瘤切除术 [20] - 未来将改进触觉反馈功能并集成图像处理技术 [20]