老子在《道德經(jīng)》中描述理想國家的面貌，是“小國寡民，使有什伯之器而不用……使民復(fù)結(jié)繩而用之。”即使發(fā)明了各種高效的器具，百姓也并不使用。治大國如烹小鮮，人們就像回歸到如遠(yuǎn)古時(shí)代用結(jié)繩來記事的自然純樸狀態(tài)。

在人工智能時(shí)代，這種返回古老智慧的哲思，仍然被科學(xué)家用來解決最復(fù)雜的難題。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09673-w

北京時(shí)間11月27日，浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心楊衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院蔡秀軍教授團(tuán)隊(duì)，共同在《自然》（Nature）上發(fā)表論文《通過活結(jié)結(jié)構(gòu)導(dǎo)引力學(xué)信息傳輸與機(jī)器人操作》（Slipknot-gauged mechanical transmission and robotic operation），并登上雜志封面。

交叉團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近三年跨學(xué)科攻關(guān)，首次提出“基于活結(jié)的力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制”，并成功將其應(yīng)用于外科縫合，研發(fā)出一種叫“Sliputure”的特制縫線。

也是一個(gè)結(jié)繩的問題：聯(lián)合團(tuán)隊(duì)用一個(gè)巧妙的“活結(jié)”，精準(zhǔn)地控制了外科手術(shù)中的“死結(jié)”。

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“那就打個(gè)活結(jié)�！庇幸惶煸谡憬髮W(xué)玉泉校區(qū)的實(shí)驗(yàn)室，力學(xué)家對(duì)外科醫(yī)生說。

在場(chǎng)的三個(gè)人都很年輕，楊栩旭是浙江大學(xué)航空航天學(xué)院交叉力學(xué)中心的特聘研究員，陳鳴宇和曹佳勝是浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院普外科的醫(yī)生。

三年以后，他們通過這項(xiàng)跨學(xué)科交叉研究，解決了臨床醫(yī)學(xué)上十幾年來的一個(gè)“死結(jié)”問題。

“活結(jié)”，是楊栩旭提出的一個(gè)關(guān)于臨床手術(shù)縫線中“打結(jié)”問題的解決方案——陳醫(yī)生談起外科醫(yī)生做手術(shù)普遍遇到一種困惑，當(dāng)下大部分外科手術(shù)會(huì)采用內(nèi)鏡或者手術(shù)機(jī)器人這兩種微創(chuàng)方式進(jìn)行：醫(yī)生通過機(jī)器提供的更加清晰、立體的視野，用自己的手操控機(jī)械的“手”，在僅僅幾毫米的創(chuàng)面內(nèi)部環(huán)境，就可以完成一系列復(fù)雜的外科手術(shù)操作。但是有一個(gè)問題，是幾十年里越來越純熟的手術(shù)機(jī)器一直無法勝任的內(nèi)容：在縫合環(huán)節(jié)，如何打出一個(gè)松緊力度合適的結(jié)——機(jī)器的“手”，始終不太有輕重。

所以在對(duì)打結(jié)的力，沒有一種“手感”的情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)一般會(huì)把機(jī)器打結(jié)設(shè)置成“偏緊”的模式，以保證手術(shù)切口處不會(huì)出現(xiàn)開裂，進(jìn)而導(dǎo)致出血或者臟器組織滲漏、誘發(fā)嚴(yán)重的并發(fā)癥。但其實(shí)，縫合的結(jié)扎得“緊”，也會(huì)有很大的隱患，比如可能造成局部血供受阻，極易導(dǎo)致組織缺血壞死。

蔡秀軍教授是我國微創(chuàng)外科與智能醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的開拓者之一，他親身見證并推動(dòng)著外科手術(shù)從大開大合到精準(zhǔn)微創(chuàng)的迭代，也深刻感受到當(dāng)前外科醫(yī)生在手術(shù)臺(tái)上陷入的“力盲”困境。

“技術(shù)在進(jìn)步，但外科醫(yī)生的手感卻在不斷消失�！痹趥鹘y(tǒng)開放手術(shù)中，醫(yī)生的雙手能直接感知組織軟硬，精準(zhǔn)掌控縫合力度，但代價(jià)是患者創(chuàng)傷大、恢復(fù)慢。

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“活結(jié)”的點(diǎn)子，針對(duì)的就是外科手術(shù)縫合中的這個(gè)“死結(jié)”。

小插曲：起先力學(xué)家的“活結(jié)”并沒有被外科醫(yī)生認(rèn)可，“一點(diǎn)也不High tech（高科技）嘛。”此前業(yè)界考慮解決這個(gè)問題的最普遍方案，是在機(jī)械臂上加裝傳感器。但是哪怕是高敏的傳感器，判斷、傳輸?shù)臅r(shí)間，都跟不上外科手術(shù)需要作出反應(yīng)的節(jié)奏——手術(shù)中，可能零點(diǎn)幾秒的遲疑，都會(huì)影響結(jié)果。

說回來“活結(jié)”這個(gè)方案。李鐵風(fēng)教授說，從專業(yè)角度，力學(xué)家馬上想到的邏輯就是：“把力的信息存儲(chǔ)在活結(jié)結(jié)構(gòu)中。然后在使用過程時(shí)，將力的信息讀取到死結(jié)上去，就可以解決問題了�！�

也就是說，如果把活結(jié)和死結(jié)串在同一條線上，它們就能共享拉力。

我們先做一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)：繩子上有兩個(gè)“螞蚱”；一個(gè)是活結(jié)，一個(gè)是外科手術(shù)縫合時(shí)需要打的死結(jié)。當(dāng)活結(jié)和死結(jié)是“一條繩索上的螞蚱”——活結(jié)被解開時(shí)，會(huì)在結(jié)點(diǎn)散開的瞬間產(chǎn)生峰值力；這個(gè)力，可以通過繩子直接傳送給另一頭的死結(jié)。

外科醫(yī)生在縫合過程中打的死結(jié)是非常復(fù)雜的：針對(duì)不同手術(shù)、不同病例，以及不同材質(zhì)的縫合線，哪怕是不同醫(yī)生的操作……很多因素會(huì)影響各種死結(jié)的打法——它們的最主要差異，就是在于力度的控制。

所以機(jī)器目前還無法掌握這項(xiàng)包含練習(xí)、經(jīng)驗(yàn)值，也帶有天賦性的打死結(jié)技巧。

但是如果只是研究一個(gè)單結(jié)點(diǎn)的活結(jié)，就簡(jiǎn)單多了：它只涉及到結(jié)起來的力和解開的力。而這兩個(gè)力，可以傳送到另一頭，給死結(jié)作為用力的參考和選擇。

這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)有沒有可能指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)？因?yàn)橐匀说氖执蛞粋�(gè)單結(jié)點(diǎn)活結(jié)為例，這個(gè)打結(jié)力度基本可以覆蓋大部分外科手術(shù)的打結(jié)要求。那么假如活結(jié)的力，能夠被量化出來，不就可以傳導(dǎo)給機(jī)器手臂，指導(dǎo)機(jī)器在手術(shù)中打死結(jié)了？

如此通過力學(xué)的基礎(chǔ)研究，為機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供新原理和新方法發(fā)展，是楊衛(wèi)院士推動(dòng)的交叉力學(xué)研究典型模式。

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浙江大學(xué)交叉力學(xué)中心和邵逸夫醫(yī)院的交叉團(tuán)隊(duì)在重復(fù)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)：不管哪一種款式的活結(jié)，只要編結(jié)時(shí)拉緊結(jié)點(diǎn)的力（預(yù)緊力）一樣，那么解開各種活結(jié)最后那一瞬間的力（峰值力），是差不多的——實(shí)驗(yàn)顯示：預(yù)緊力相同的活結(jié)，解開它們的峰值力的一致性有95.4%。

所以能結(jié)起來一個(gè)活結(jié)，就能精準(zhǔn)地控制解開它的力度。

交叉團(tuán)隊(duì)真的制造出了“一條繩上的螞蚱”，來解決這個(gè)外科手術(shù)問題。

他們預(yù)制了大量的活結(jié)：通過測(cè)試、采集不同年資的外科醫(yī)生縫合打的結(jié)，不同材料、不同式樣活結(jié)的力學(xué)指標(biāo)等數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)建模，完成了一套“基于活結(jié)的力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制”程序，制造出來幾百根特制縫線——它們各自帶有一個(gè)不同結(jié)法的活結(jié)，解開它們的力也各不相同。

外科手術(shù)前，醫(yī)生只需要根據(jù)手術(shù)需求，選好帶著“一只螞蚱”的繩索。

到縫合階段時(shí)，機(jī)器手臂就可以用精準(zhǔn)的力度制造出“另一只螞蚱”——這一只才是重點(diǎn)：當(dāng)機(jī)器臂拉緊一個(gè)死結(jié)，它在把繩子那頭的活結(jié)解散的同時(shí)，承接了那個(gè)預(yù)制活結(jié)輸送給它的力度，它就能精準(zhǔn)地打出來一個(gè)死結(jié)了。

目前，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)鏡和手術(shù)機(jī)器人，可以使相對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生在縫合打結(jié)力的精確度上提升121%，接近甚至媲美經(jīng)驗(yàn)豐富的外科醫(yī)生。

在小鼠腸道修復(fù)手術(shù)實(shí)驗(yàn)中，這項(xiàng)技術(shù)使用的打結(jié)力度被精準(zhǔn)地控制在大約1.3牛頓——在手術(shù)中，能保持病患小鼠腸道閉合不滲漏，同時(shí)又不使腸道因閉合過緊，造成局部血流供應(yīng)不暢。1.3牛這個(gè)力度，相當(dāng)于我們?nèi)粘Ｏ稻o鞋帶時(shí)用的力——而在相同的情境，原來未經(jīng)“活結(jié)”指導(dǎo)的外科手術(shù)機(jī)器手，打這個(gè)死結(jié)的力大約有2-3牛頓。

基于這種打結(jié)力度的合理調(diào)整，研究者發(fā)現(xiàn)：接受這項(xiàng)技術(shù)做修復(fù)手術(shù)的小鼠，術(shù)后血供與組織的愈合進(jìn)度都得到了改善。

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確實(shí)相對(duì)“High tech”，“活結(jié)”的方法在今天絕對(duì)算是一種“Low tech”，它甚至過于簡(jiǎn)單——就像音樂風(fēng)格中的Hifi（高保真）和Lowfi（低保真），相比用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高品質(zhì)、低噪音的完美聲音，“低保真”的智慧是，用最簡(jiǎn)潔、最少技術(shù)含量的方式，制作出具有獨(dú)特魅力的音樂。

“活結(jié)”力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制這種看似原始的解決方案，其實(shí)是力學(xué)家對(duì)事物本質(zhì)的一種分析，并且因?yàn)樗恍枰ㄟ^傳感器等電子設(shè)備才能作即時(shí)判斷，也避免了手術(shù)機(jī)器人在缺電或者斷網(wǎng)環(huán)境中無法精準(zhǔn)工作的問題。

李鐵風(fēng)教授說，通過結(jié)構(gòu)進(jìn)行力控制，可以適用于更廣闊的空間，在不同大小維度、以及各類無電子場(chǎng)景中得到應(yīng)用。楊衛(wèi)院士認(rèn)為，這是全新一代力信息存儲(chǔ)的方式，能夠以結(jié)構(gòu)的形式，將力學(xué)信號(hào)進(jìn)行傳遞，體現(xiàn)并發(fā)揚(yáng)了數(shù)智力學(xué)的思想。

論文共同第一作者為薛耀庭（浙江大學(xué)應(yīng)用力學(xué)研究所交叉力學(xué)中心）、曹佳勝（浙江大學(xué)應(yīng)用力學(xué)研究所交叉力學(xué)中心、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院）、馮濤（浙江大學(xué)應(yīng)用力學(xué)研究所交叉力學(xué)中心）、張凱航（浙江大學(xué)應(yīng)用力學(xué)研究所交叉力學(xué)中心）。

研究獲得浙江省科學(xué)技術(shù)廳“尖兵”“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等基金支持。

來源：求是風(fēng)采、潮新聞、高分子科技