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論文題目：Bioinspired Kirigami Capsule Robot for Minimally Invasive Gastrointestinal Biopsy

Fig. 1：系統(tǒng)總覽與流程：吞服進(jìn)入胃/小腸 → 雙凸輪驅(qū)動(dòng)折展 → 旋轉(zhuǎn)刮取 → 樣本封裝存儲(chǔ)用于病理。

如 Fig. 2–3 所示，Kiri-Capsule 采用雙凸輪（dual-cam）機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前端執(zhí)行器：第一階段帶動(dòng)擴(kuò)張板外移并拉伸 kirigami 皮膚，形成折展尖刺；第二階段進(jìn)入曲線槽后帶動(dòng)擴(kuò)張板旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)貼附狀態(tài)下的刮取分離；反向驅(qū)動(dòng)可回收復(fù)位。

在采樣表面設(shè)計(jì)上（Fig. 4），本文采用三角晶格切縫圖樣，對(duì)切縫間距、缺口長(zhǎng)度與開(kāi)口角進(jìn)行權(quán)衡，并比較不同 PI 厚度樣品；組裝后的膠囊原型如 Fig. 5 所示，尺寸約直徑 17 mm、長(zhǎng)度 22 mm。Kirigami 采樣表面：切縫參數(shù)（δ0=0.5 mm，l1=3 mm，γ=40°）、PI 激光切割與不同厚度（0.05–0.2 mm）對(duì)比。

Fig. 5：膠囊原型機(jī)與尺度：完整組裝效果與關(guān)鍵部件展示（直徑≈17 mm，長(zhǎng)度≈22 mm）。

首先對(duì) kirigami 薄膜進(jìn)行力學(xué)與折展表征。拉伸測(cè)試顯示厚樣本（0.15/0.2 mm）驅(qū)動(dòng)力需求顯著增加，不利于膠囊尺度驅(qū)動(dòng)，因此后續(xù)采用更薄的 PI 樣品；折展角 θ 隨應(yīng)變?cè)黾?，?ε=0.15 時(shí)約 34°。同時(shí)進(jìn)行了Kirigami 薄膜拉伸表征和折展角 θ 表征。

隨后在離體組織上評(píng)估穿刺深度與力學(xué)安全性。穿刺深度中位數(shù)約 0.61 mm（0.46–0.66 mm），體現(xiàn)淺層、可控刺入；胃組織穿刺/刮取力約 0.5–2.0 N，小腸約 0.3–1.0 N，整體處于胃腸道活檢安全范圍。

最后進(jìn)行離體活檢驗(yàn)證。樣本可被鱗片表面攜帶并進(jìn)入膠囊內(nèi)部腔體封裝保存；H&E 切片顯示獲得黏膜與黏膜下層組織；取樣量（每類組織 7 次）為胃約 10.9 mg、小腸約 18.9 mg。

參考文獻(xiàn)：

Zhao, R., Chu, Y., Zhao, S., Yue, W., Tang, R. S.-Y., & Ren, H. (2026). Bioinspired Kirigami Capsule Robot for Minimally Invasive Gastrointestinal Biopsy. ICRA, 2026.