遗传算法优化微型外科剪刀的设计

微型机器人学是一个具有吸引力的研究领域，因为小规模机器人有潜在的提高 minimally 内窥手术精度和灵活性的作用。一个例子是为切割位于身体深处（如大脑）的肿瘤或癌组织而开发的微型外科剪刀。这一任务由于剪刀的尺寸和灵活性，常被认为是使用传统机器人工具难以完成或不可能完成的。这些剪刀设计为两个磁铁置于特定距离，以最大化偏转并产生切割力。然而，远程驱动和微型剪刀的尺寸要求限制了可以产生的力，以便穿透组织。为了解决小输出力的限制，我们使用进化算法进一步优化剪刀的性能。在本研究中，对先前开发的无线微型外科剪刀进行了设计修改，其性能通过确定磁铁的最优位置以及每个磁偶极的方向来增强。成功地将所developed的算法应用于 4 磁铁配置，这导致净扭矩增加。这一净扭矩的提高直接转化为更高的切割力。新配置通过 80 代的进化算法产生了 58 mN 的切割力，这是原始设计的 1.65 倍的改进。此外，所developed的算法具有可以在其他微型机器人工具和系统上进行小修改后部署的优势，为各种医疗程序和应用开辟了新的可能性。