在過去的幾十年里，機器人系統變得越來越復雜，在精度和能力方面都有所提高。這逐漸促進了一些外科和醫療程序的部分自動化。
一個人使用手柄并實時控制機器人觸手。
清華大學的研究人員最近開發了一種軟機器人觸手，它有可能用于提高一些標準醫療程序的效率。這種觸手在IEEE機器人學報中介紹，通過其新穎的控制算法以及所謂的形狀記憶合金主動冷卻（機器人的致動候選）進行控制。
“有一天，一位神經外科醫生來到我們的實驗室，詢問是否有可能為他開發一種柔軟、可控的導管，以協助他進行神經外科手術，”開展這項研究的研究人員之一趙慧禪告訴Tech Xplore。“他希望這種軟導管對周圍環境極其安全，并且能夠通過遙控器向不同方向彎曲。從這些要求出發，我們開發了一種軟機器人觸手。”
趙和他們的同事創造的機器人觸手的初始原型有兩個關鍵限制。首先是它移動得太慢，其次它的移動很難控制，尤其是在存在已知或未知的外部干擾的情況下。
為了克服這些限制，研究人員創建了一種“多輸入多輸出雙通道”控制器，分別基于彎曲和擺動運動的兩種控制策略，以及SMA材料的主動冷卻策略，這將允許他們更好地控制機器人的動作。該控制器的主要目標是加快機器人觸手的驅動速度并提高其可控性，因為這反過來可以促進其在現實世界中的實施。
“我們的觸手是通過加熱/冷卻三個形狀記憶合金(SMA)彈簧來驅動的，”進行這項研究的另一位研究員Xin An告訴Tech Xplore。“這些SMA彈簧會分別在加熱/冷卻時收縮/伸長，因此，驅動觸手以不同的角度向不同的方向彎曲。我們使用固定在機器人觸手上的幾個攝像頭和標記來發現機器人觸手的實時彎曲狀態觸手和反饋控制器向SMA發出命令并驅動觸手變形到所需的方向和彎曲角度。”
控制團隊機器人觸手的SMA彈簧具有高能量密度。因此，觸手也可以變得輕巧緊湊，這可能更適合某些醫療應用。
一個人使用手柄并實時控制機器人觸手。
研究人員在一系列實驗中測試了他們的系統，他們遠程控制它通過集成攝像頭掃描房間的圖像。他們發現它取得了非常有希望的結果，因為它可以有效且快速地執行不同的彎曲運動。
“機器人觸手被智能材料成功驅動，形成了一個相當柔軟、靈巧、可控的機械手，”趙解釋道。“這意味著在未來，我們有可能使用軟材料制造機械臂、導管或內窺鏡，其性能與剛性材料的性能相似。”
雖然到目前為止，研究人員只在他們的實驗室測試了他們的機器人觸手，但他們最終也希望在臨床環境中測試它，用它來進行真正的手術。為此，他們現在正致力于進一步改進其系統的驅動、傳感和控制能力，以確保它可以幫助外科醫生進行內部檢查而不傷害患者的身體。
“我們現在希望集成機載傳感器，以獲取我們機器人觸手的實時姿勢/形狀，”An補充道。“慣性測量單元(IMU)和光纖布拉格光柵(FBG)是我們傳感系統的潛在候選者。如果我們成功獲得單個觸手模塊的姿勢/形狀，我們就可以將多個模塊段連接成一個更長、更靈巧的軟機械手”