克服磁驱动机器人手术的力限制：基于冲击的无缆缝合

磁驱动机器人消除了执行器与末端执行器之间的物理连接，从而实现超微创外科。尽管此种无线驱动方法在医疗应用中极具优势，但在施加力与微型磁末端执行器尺寸之间的权衡一直是临床相关条件下实际应用的主要挑战之一。该权衡对于需要组织内穿透的应用（例如，针穿刺、活检和缝合）至关重要。为将此类磁微型末端执行器的力提升至实用水平，我们提出一种基于冲击力的缝合针，能够以 3 自由度平面自由（平面定位与面内定向）穿透体外与离体样本。所提出的优化设计为一支定制 12 G 针，可产生 1.16 N 穿透力，比同尺寸无此冲击力的磁同类强 56 倍。通过将快速运动的永磁体限制在针内的密闭管状结构中，整体针的运动保持缓慢且易控。所达力处于组织穿透极限范围内，使针能够穿透组织以遥操作方式遵循缝合方法。我们展示了针在体外穿透培根条以及成功将纱布网缝合到模拟疝修补过程的琼脂凝胶上。