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中新社杭州11月27日电 (张玉环)结存在于许多自然现象中，也是人类生产生活中的重要方式。例如，中国古代用绳索来记录事件，寓意着将机械结构与信息联系起来的智慧。那么，捆扎和解开绳索的机械机构能否与机器人和智能系统相结合，解决手术机器人和微创手术中难以控制的“重”缝合问题呢？
中国科学家经过多年研究，给出了新的解释。中国科学院院士、浙江大学航空航天学院交叉力学中心教授杨伟团队与中国科学院院士、浙江大学医学院附属逸夫医院院长蔡秀君团队合作开展跨学科研究多领域的探讨，阐明了“基于动力传动机构的机械传动机构”。我们开发了一种创新的活结智能缝合线，称为“sliputure”。他们已成功地将其应用于手术缝合，预计它将为其他机器人和智能结构的设计提供指导。
北京时间11月27日，上述研究发表在国际著名期刊《自然》上，并登上该期刊封面。
研究结果发表在世界最大的杂志《自然》上，并出现在封面上。照片提供：研究团队。
“权力盲目”的困境与手术台上的“死结”问题
传统的开放手术可以让医生检测组织的软硬程度，并精确控制缝合的强度，但这是以患者创伤更大、恢复速度更慢为代价的。单位：米在微创手术中，这种直接的力反馈被大大削弱，因此节点力的精确控制很大程度上取决于医生的个人经验。
蔡秀君亲眼目睹并推动了一次又一次的外科手术，从大规模的开合手术到精准的微创手术，他敏锐地意识到目前外科医生在手术台上面临的“权力盲目”的困境。
临床上常用的“手术结”是用于闭合组织的死结。这个结一旦打紧，就很难再拉紧了。因此，手术打结用力的大小直接影响组织的愈合，是影响手术效果的重要因素。
“到目前为止，业界考虑的最常见的解决方案是将传感器连接到机械臂上。但是，由于医生无法改变手术过程以使传感器处于相同的角度由于每次手术时都是缝线，传感器检测到的力并不能准确反映缝线的张力。”浙江大学医学院附属逸夫医院医生陈明宇说。
在浙江大学玉泉校区的实验室里，两个团队就这一话题进行了热烈的讨论。陈明宇指出，感觉力反馈信息的缺乏造成了无法准确施力的“死结”问题。
“然后我们在侧面打一个活结。”研究人员杨旭旭设想，当医生拉紧缝线时，活结解开瞬间产生的精确预设的最大力将通过缝线实时传递到另一侧的紧结上。
李铁峰教授提出并揭示了活结系统的机械机理和逻辑运行过程。首先，在创建活结的过程中，有关最大力的精确信息存储在结中。山高并且，在解开绳结的过程中，可以将力信息传递到需要拉紧的绳结组。最后，机械模型代表信息和力的传递，并连接到机器人。或者是人类控制系统。
Slipknot 从机器写入和读取信息的过程。照片提供：研究团队。
将一时的“灵感”变成可靠的“工具”
从“用结控制死结”“滑结”的肆无忌惮的灵感，到稳定可靠的科学技术，研究团队解决了多个重要问题。其中最困难的技术问题是滑结必须稳定、可控、保持恒定的力。也就是说，如何保证每个滑结以独特的、预设的、精确的力打开？
研究团队使用高速摄像机和微型CT来捕捉牵引结的微妙滑动路径。通过力学建模、有限元模拟等手段，我发现了结中蕴含的有序规则。也就是说，打开结的力与编织结时缝合线拉紧结的力（预张力）、结的数量、直径、摩擦系数和弹性模量有关。因此，要获得取决于打开力的拉伸结，只需改变前面的参数即可。
实验表明，对于给定的结，解开最后时刻的力（最大力）非常稳定（95.4%）。
在医学与工程思维的碰撞与融合中，研究团队经过数千次的设计迭代，完善了“基于滑结的机械传动机构”这一系列步骤，最终成功将这根机械“绳子”稳定地“编织”到了手术缝线中，开发出了“基于滑结的智能缝合线”，实现了“滑结”对手术缝合线的精准加固。e“死结”。
从开腹大鼠肠道修复到腹腔镜活猪肠道修复和机器人活猪肠道修复，都显示出优异的效果，包括改善器官的血液供应和术后组织愈合。
e实验室研究团队。照片由张玉环提供。
这意味着它不仅可以用于开放手术，还可以用于腹腔镜和机器人手术。此外，与手术机器人紧密结合，当机械臂自动识别反馈系统检测到活结打开信号时，立即启动机械臂锁定和停止机构，实现“传感-反馈-制动”闭环控制。
使用该技术的手术内窥镜和机器人现在可以让相对缺乏经验的外科医生提高结力控制的准确性，接近经验丰富的外科医生。这项技术为机器人配备了机械结构的“神经末梢”，解决了机器人克服“力失明”的困境，推动手术力量进入“可量化”、“可感知”的新时代。
目前，研究团队正在建立组织特异性力值数据库，并致力于开发一系列用于胃肠、心血管、神经外科等领域机器人手术的高精度缝合产品。
李铁峰说，研究人员在他们的结构中加入了“滑结”机械传动机构看似原始的解决方案。他说，这是一项重要法律的概括和应用。这种无需依赖复杂电子设备即可构建操作逻辑的方法和原理，有望展现出不仅应用于日常手术中的深腔环境，而且应用于其他极端条件（深海、深空、地球深部等特殊手术）和极端尺寸研究（极端体的构建与控制）的可能性。dium Systems）.nte 彻底），并有望进入更广阔的未来。一片星辰大海。 （完）
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