本文属于类型a，是一篇原创性研究论文。以下是根据原文内容生成的学术报告：

本研究由加州大学圣迭戈分校（University of California at San Diego）机械与航空航天工程系的W. P. Weston-Dawkes、M. R. A. Majit、J. Sandoval、E. Ochoa和M. T. Tolley，以及该校外科学系的S. Liu和S. Horgan共同完成。论文发表于IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics期刊2024年2月第6卷第1期，文章编号为317至327页，数字对象标识符（DOI）为10.1109/TMRB.2024.3349611。通讯作者为W. P. Weston-Dawkes。

在学术背景方面，本研究属于医疗机器人与软体机器人交叉领域，具体聚焦于微创手术（Minimally Invasive Surgery, MIS）中的组织牵开器设计。在腹腔镜手术中，牵开器需要同时满足多个相互矛盾的要求：既要足够柔软和小型化以便通过小切口部署和取出，又要具备足够的刚度和宽度以无创伤地固定组织。现有的刚性牵开器虽然功能可靠，但通常需要额外的切口和体外锚定，增加了患者创伤和手术复杂度。针对这一临床痛点，研究团队提出了一种基于层压卡阻（Layer Jamming）原理的可折叠软体肝脏牵开器，目标是实现无需额外切口或外科医生持续参与的部署、体内无创伤锚定、牵开和取出全流程。肝脏是人体最大的内脏器官，在上消化道手术中常常需要将其牵开以暴露手术视野，因此肝脏牵开对器械的承载能力提出了极高要求，成为了本研究的设计基准。

研究的工作流程包含四个主要环节：设计考虑因素分析、器件制备、性能建模与实验验证、以及动物实验。

在设计与制备环节，研究团队首先分析了腹腔镜手术对软体牵开器的几何约束。穿刺器（Trocar）直径决定了器件折叠后的最大横截面，小于10毫米的穿刺器术后无需缝合切口，因此设计目标是在满足承载要求的前提下尽量减小所需穿刺器直径。器件主体被设计为三个分段，可以折叠成“Z”形或手风琴形状以通过穿刺器。主体由两层气密热封塔夫绸织物构成外壳，内部堆叠多层磨砂聚碳酸酯薄膜作为卡阻层，一侧贴附激光微加工图案化硅胶带用于锚定。三个分段通过热压密封相连，并留有橡胶管接口用于抽真空。当内部空气被抽出后，外部大气压使各层相互压紧，器件从柔性状态转变为刚性状态。

在建模与实验验证环节，研究团队采用有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）评估了不同横截面尺寸对牵开性能的影响。他们假设牵开器在卡阻状态下呈圆弧形，两端固定，中心承受来自肝脏的集中载荷。根据成年人群肝脏质量数据，最大需支撑载荷约为12.25牛顿，最小约为3.8牛顿。通过计算400个设计点的力-位移关系和内部剪切应力，并与不同直径穿刺器的几何约束叠加，研究者确定了可满足性能要求的设计空间。随后，三个设计点（DP1：宽25毫米、厚2.8毫米，适配12毫米穿刺器；DP2：宽22毫米、厚2.5毫米，适配10毫米穿刺器；DP3：宽15毫米、厚2毫米，适配8毫米穿刺器）被制备并进行了准静态三点弯曲实验。实验结果显示，抽真空后器件刚度显著提升，但DP3的最大反力仅约1.4牛顿，低于支撑肝脏所需的最小载荷，而DP1和DP2的最大反力约为5.5牛顿，可满足部分肝脏牵开需求。有限元模型经过单一修正因子3的调整后，能较好地预测初始力-位移行为。

在锚定性能研究方面，研究团队受树蛙、喉盘鱼和䲟鱼等生物在湿润表面黏附的启发，设计了多种图案化硅胶带以在腹部壁面实现无创伤摩擦锚定。实验在涂覆甘油的亚克力表面上进行，通过万能试验机测量不同图案在预载下的静态剪切应力。测试图案包括条形、方形、倒方形、六边形、波浪形、波浪加同心圆、点状和对照（无图案）。结果显示方形图案（S）表现最佳，在0.98牛顿预载下可实现约1.1千帕的静态剪切应力，而对照和倒方形图案因无法有效排开液体而剪切应力接近于零。进一步实验表明静态剪切应力随预载单调增加，且始终高于动态剪切应力。

在取出性能研究方面，研究团队发现通过器件末端引入锥形收窄设计，可以使其在与穿刺器斜面边缘接触并旋转时自动重新折叠，从而显著降低取出力。他们测试了六种锥角（105度至180度，其中180度表示无锥形），只有105、120、135和150度锥角的器件能成功通过12毫米穿刺器。135度和150度锥角的器件虽然能通过，但峰值力高达约40牛顿，被认为在临床上不实用；105度和120度锥角器件的取出力较低且表现相近。旋转运动被证明是必要的——固定穿刺器不旋转时，器件无法发生折叠，抓钳会失去夹持。

最后，研究团队在活体猪模型中进行了概念验证。在加州大学圣迭戈分校动物护理与使用委员会（IACUC）批准的非存活猪研究中，研究者在动物腹部置入两个5毫米和一个15毫米穿刺器，通过15毫米穿刺器将折叠状态的牵开器置入腹腔，在肝脏下方展开并定位，抽真空使器件卡阻，成功将猪肝牵开并暴露胃食管结合部，完成了胃底折叠术。整个手术过程中牵开器保持稳定支撑约45分钟，术后通过同一15毫米穿刺器实现自折叠取出。外科医生反馈积极，认为可视化效果良好。

本研究的结论是：层压卡阻与折纸启发设计相结合，可以填补现有腹腔镜手术器械库中的空白。锥形末端的设计使器件在取出时能被动重新折叠，无需增加内部驱动器。肝脏牵开作为最苛刻的载荷场景验证了该方法的有效性，但该器件并不限于肝脏牵开，只要手术团队明确可行的锚定点，即可推广至更广泛的腹腔镜手术。研究还指出当前软体机器人牵开器面临的主要障碍是缺少空间集成主动驱动元件，未来可结合达芬奇或Hugo RAS等外部机器人平台实现自主牵开。此外，更高保真度的模型（包括肝脏分布载荷、患者体位对载荷方向的影响、不同刚度基底对锚定性能的影响等）是进一步研究的重点方向。

本研究的亮点在于：第一，首次将层压卡阻与折纸折叠策略相结合，同时解决了腹腔镜手术中牵开器的进入、部署、牵开和取出全流程问题；第二，开发了无需主动驱动的被动自折叠取出机制，仅通过简单的末端几何修改（锥形收窄）实现；第三，通过仿生图案化硅胶表面实现了在湿润腹部壁面上的无创伤摩擦锚定；第四，通过有限元分析与系统实验建立了穿刺器几何约束与牵开承载性能之间的定量关系，为未来个性化牵开器设计提供了方法学基础。此外，该技术已获得美国专利（US20200245995A1），部分作者正在推进商业化。这些成果对推动软体机器人技术在临床微创手术中的实际应用具有重要意义。