机械通气指导下的呼吸压力优化——对肺局部生物力学的改进研究 机械通气在临床操作中常用于治疗急性呼吸窘迫综合症（ARDS）以及全身麻醉后预防肺部并发症。然而，机械通气会导致肺部受到有害的应力和变形，增加临床治疗的复杂性，甚至可能导致死亡。研究表明，呼吸系统的驾驶压力增加（driving pressure）与机械通气相关的死亡率直接相关。因此，本研究旨在探讨这些关联的微观生物力学因素及其在肺内的空间异质性，从而优化机械通气策略。 论文背景 研究机械通气操作下，如何通过调整机械通气的正压呼气末压力（PEEP）以优化局部肺组织的生物力学状态，从而减少因机械通气导致的肺损伤（Ventilator-Induced Lung Injury, VILI），对提高重症监护病房及手术病人的治疗效果具有重大意义。...

科研报告 背景介绍 随着人口老龄化以及中风等神经系统和肌肉系统疾病的增加，步态障碍导致的绊倒和跌倒风险成为一个严重问题。研究表明，踝关节背屈在步态的摆动阶段对确保足部离地高度至关重要。然而，目前对于摆动阶段踝关节动力学和机械能量交换的研究较少。现有的研究主要关注正常行走时的踝关节背屈，而随着多种提供背屈辅助的设备的开发，有必要了解在这些设备中能量需求的最小要求。 近年来，踝关节背屈辅助技术的发展迅速，特别是运用了先进的致动器和能量回收装置以提高步态安全性和防止跌倒。然而，这些设备需要提供足够的机械功率，以确保踝关节在摆动阶段的背屈辅助。了解踝关节背屈的动力学需求，对设计轻便、低功率的助力设备尤为重要。 论文来源 这篇文章由Victoria University的Soheil Bajelan、...

研究背景 胃肠疾病在全球范围内表现出广泛而复杂的症状，如腹泻、胃肠道出血、吸收不良、营养不良，甚至神经功能障碍等。这些疾病因为其显著的地区、年龄和性别差异，构成了现代社会重大健康挑战和社会经济负担，尤其是胃肠道癌症，占全球癌症发病率和死亡率的三分之一。早期筛查胃肠疾病并进行及时干预对减少死亡率和提高寿命具有重要意义。 传统的胃肠疾病筛查方法主要依赖内窥镜检查，使用嵌入摄像头的柔性内窥镜，通过天然开口检查胃肠道。然而，内窥镜检查尽管广泛应用于医院，仍存在光学传感器局限，照明条件差及胃肠道工作环境极其狭窄等问题。这些因素会导致黑暗、炫光、反射等现象，降低影像质量，甚至导致误诊。无线胶囊内窥镜因其无创图像捕获能力引起了极大兴趣。尽管如此，传统内窥镜仍然需要在胶囊内窥镜之后执行详细诊断。 在当前临床...

基于自注意机制的风险敏感机器人控制探讨 研究背景 机器人控制中的运动学和动力学是确保任务精确完成的关键因素。大多数机器人控制方案依赖于各种模型来实现任务优化、调度和优先级控制。然而，传统模型的动态特征计算通常复杂且容易产生误差。为了解决这个问题，通过机器学习以及强化学习技术来自动获取模型成为一种可行的替代方案。然而，直接应用于实际的机器人系统中，这种方法存在急剧的运动变化和非期望的行为输出的风险。 研究来源 本文由Dongwook Kim、Sudong Lee、Tae Hwa Hong和Yong-Lae Park撰写，作者分别来自首尔国立大学和洛桑联邦理工学院。该研究发表在2023年的npj Robotics杂志上。 研究内容 研究流程 本文提出了一种在线模型更新算法，直接应用于实际机器人系...

研究背景 在救援任务中，为了提升搜救效率，一种新兴的解决方案是利用电子背包与昆虫的结合体——赛博昆虫（cyborg insects）。这些昆虫结合了生物与电子技术的优势，通过附加的电子背包用于通信、感应和控制。然而，附加设备会影响昆虫的平衡，尤其是在其自我摆正（self-righting）动作中。如果昆虫在执行任务时遭受摔落或意外冲击，原先的机器装置可能会导致其翻倒不能自如行动。为了应对这一挑战，本研究引入了一种仿生3D打印人工肢体，它模仿了瓢虫的自我摆正动作，提高了赛博昆虫在复杂和不可预测条件下的灵活性。 文章来源 该研究由Marc Josep Montagut Marques、Qiu Yuxuan、Hirotaka Sato和Shinjiro Umezu团队完成。作者隶属机构分别是日本早...

修整螺旋体：一种具高精度，大工作空间和顺应性相互作用的软结构 背景介绍 近年来，受生物启发，许多研究人员逐渐偏离了传统刚性机器人范式，转向包含顺应性材料和结构的设计。象鼻是这种软体机器人愿景的一个典型代表，它具备无与伦比的可控性和工作空间，同时由于其顺应性为大象提供了多功能的工具。然而，即便是迄今为止最杰出的软体机器人也未能完全匹敌这些自然界的表现，尤其是在接近或超过1米规模的系统中。 面对这一局限性，本研究通过利用建筑材料（architectured structures）提出解决方案。这些结构通过几何形状而非材料属性来调整其物理特性，不同于通过内部微结构或复合材料定制特性的超材料（meta-materials），建筑材料利用均匀材料的空间异质性，可以实现简单、低复杂度的单一材料制造，同时...

基于夹持的反铁电薄膜电机电响应增强研究 背景介绍 反铁电薄膜材料在微/纳米机电系统中的潜在应用已经引起了广泛关注。这类系统要求材料具有高机电响应，可以在施加电场时产生显著的机电应变。然而，传统机电材料（如铁电材料和弛豫铁电材料）当其厚度缩小到亚微米级时，反馈响应会显著下降，主要原因是衬底的机械夹持效应限制了材料的极化旋转和晶格变形。 为了克服这一局限，研究者们提出了一种非传统方法，通过电场诱导的反铁电到铁电相变和衬底约束的耦合，实现了反铁电薄膜的显著机电响应。相关研究观察到，氧八面体的去倾斜与所有维度下晶格体积的扩展相符，同时平面内的夹持进一步增强了平面外的扩展。 研究来源 本文由来自多所知名机构的研究人员共同撰写，包括University of California, Berkeley, ...