中国研发出米粒大小传感器，让手术机器人能实时“触摸”

这款传感器利用光学传感和AI驱动分析，能够检测软组织下隐藏的类肿瘤结构。

中国研究人员开发出一种米粒大小的光学传感器，能够为手术机器人和医疗工具赋予触觉。该装置利用光而非电子元件，测量各个方向上的力、压力和扭转。

传感器尺寸仅为1.7毫米。研究人员称，它能帮助机器人在精细手术中检测到危险接触并立即做出响应。团队还展示，该设备可识别软材料下方的隐藏结构，包括嵌入组织模型中的类肿瘤物体。

该研究来自上海交通大学的研究人员。

光取代电子元件

当前机器人手术系统主要依赖影像，但难以感知狭小手术空间中的物理交互，而现有力传感器对许多微型工具来说仍然过大。

中国上海交通大学研究团队负责人杨建龙表示：“尽管现代成像系统能够清晰显示组织结构，却无法提供力或扭矩等物理交互信息，而现有的力传感器往往过于庞大或复杂，难以集成到微型工具中。”

“通过让机器测量接触力、压力、剪切和扭转，我们的技术可以使机器人在狭小且敏感的环境中及早发现不安全接触，并实时调整动作。”

研究团队围绕一根光纤设计传感器，顶端装有软弹性体。当尖端接触物体时会产生轻微变形，这一微小运动改变了光在传感器内部的散射方式。

然后，一束相干光纤将光图案传输至相机。系统通过数据驱动方法分析捕捉到的图像，计算出各个方向的力和扭矩。

研究人员表示，这种设置避免了传统微型传感器中复杂的布线问题。

杨建龙说：“我们的传感器与传统微型力传感器工作原理不同，例如光纤布拉格光栅系统依赖多个传感元件和精心设计的结构来分离不同的力分量。”

“我们不是在逐个测量力，而是在单一步骤中感知整体的接触状态。我们相信，这种转变能让人们更轻松地构建既能‘看见’又能‘感知’的紧凑型工具。”

探测隐藏结构

团队在已知力和扭转运动的受控加载条件下测试了该装置。传感器提供了可重复的测量结果，且迟滞低，意味着在加载和卸载循环中读数保持一致。

研究人员还在明胶模型中测试了该装置，模型中嵌有模仿隐藏在组织下的肿瘤的硬质球体。传感器成功检测并定位了这些嵌入结构。

团队认为，该技术能够改善微创手术中的触觉引导。使用机器人系统的外科医生常在狭窄通道中操作，意外接触可能损伤脆弱的组织。

杨建龙表示：“用于微创手术的机器人系统在极其狭小的空间中运行，例如眼内或狭窄的手术通道。通过使工具和机器人更安全、更精准，这一技术可以让精细的医疗操作更加可控，降低意外损伤的风险。”

迈向实际应用

研究人员现计划提高制造一致性，并在商业化推广前降低校准要求。他们还打算将传感器集成到医疗和工业机器人系统中，在实际操作条件下进行长期测试。

团队称，后续工作将侧重于将该技术封装成紧凑系统，以便临床医生和工程师能够在实际环境中轻松部署。

该研究发表于《Optica》期刊。

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