以下文章经许可转载自对话 (The Conversation)，这是一个涵盖最新研究的在线出版物。
多年来，像章鱼这样的软体动物无与伦比的运动和操作能力一直吸引着生物学家的兴趣。一种没有骨骼的动物如何将其触手从柔软状态转变为足以捕捉甚至杀死猎物的坚硬状态？
一组科学家和工程师试图回答这个问题，以便在机器人手术工具中复制章鱼触手的能力。上周，一个名为 STIFF-FLOP （用于外科手术的刚度可控的柔性和可学习机械手）的欧盟资助项目的成员公布了该小组的最新成果。
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传统的 手术机器人 基于由刚性连接部件构成的结构。这意味着它们只能通过沿直线移动到达患者腹部内的部位，而无法绕过可能挡路的器官。这也意味着它们在手术过程中可能会损坏健康的组织。
机器人章鱼手臂比传统手术机器人具有更大的运动自由度
以色列希伯来大学的生物学家对章鱼运动和控制的潜在功能所进行的研究，带来了一种很有希望的新方法。通过模仿章鱼改变其手臂刚度的能力，这种新的机器人设备可以挤过狭窄的开口，并适应患者体内的环境。
这将使其能够在不损坏的情况下移动并操纵脆弱的器官。在手臂上配备手术工具，如夹钳或切割器，将使外科医生能够以更直观和安全的方式进行微创手术。
比萨圣安娜高等学院 (Scuola Superiore Sant'Anna, SSSA) 的 STIFF-FLOP 生物机器人团队创建了一种纤细、柔软且模块化的硅胶结构，该结构使用气动执行器移动。这意味着该机器人能够做出与章鱼移动触手的方式非常相似的运动模式。
为了使机器人的运动更像其生物原型，并实现刚度的变化，SSSA 与我在伦敦国王学院的团队合作，采用了一种名为 颗粒堵塞 的技术。这使用一个充满小颗粒的柔性气球状腔室。当空气从腔室中抽出时，腔室内的颗粒相互压缩或堵塞，整个腔室变得坚硬。
STIFF-FLOP 机器人手臂具有更大的运动和操作能力
这种效果与用于真空包装超市出售的研磨咖啡的效果相同。事实上，由于其出色的堵塞性能，STIFF-FLOP 机器人原型中使用的颗粒实际上是研磨咖啡颗粒。
通过将这些充满颗粒的腔室与机器人手臂集成在一起，它可以“冻结”在特定位置。这意味着一旦它到达患者腹部内需要进行手术的位置，就可以将其锁定到位。
这种新设计已被证明能够从完全放松的状态转变为非常僵硬的状态，同时为集成手术器械提供充足的空间。因此，我们计划在今年年底之前，在都灵大学和伦敦盖伊医院的全球领先外科医生的指导下，对人类遗体进行世界上首次软体机器人手术。
STIFF-FLOP 触手在模拟手术中的活动
但是，受章鱼启发的机器人还可以在其他几个需要改变其刚度的领域中找到用途。例如，它们可以用于工业检查，尤其是在机器人需要挤过狭窄的开口然后延伸到其他无法进入或危险的区域时。这个想法对于核能行业尤其重要，该行业已经在为此类任务使用刚性的、蛇形机器人。
另一个潜在的应用是协助 搜索和救援 行动和炸弹处理。这是因为能够适应环境形状的机器人在需要与脆弱物体或人类互动时特别方便。
伦敦国王学院的卡斯帕·阿尔特霍费尔 (Kaspar Althoefer) 不为任何从本文中获益的公司或组织工作、咨询、拥有股份或接受资金，并且没有相关的从属关系。
本文最初发表于对话 (The Conversation)。阅读原文。