新型機械人系統成醫療助手
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離體組織的
表面紋理與皮下
腫瘤輪廓的多尺度
感知解耦測量
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研究人員開發出自適應變剛度視觸覺
機械人觸診系統。圖為研究示意圖。
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感知探頭的自我調整剛度調節與空間回應
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表面紋理的高精度三維重構
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| 新型機械人系統成醫療助手 隨着微創手術技術的廣泛應用，手術空間受限以及缺乏定量的觸覺回饋，對醫生準確評估病灶表面紋理和皮下硬性腫瘤輪廓提出了嚴峻挑戰。中國南方科技大學機械人研究院的研究團隊日前與深圳第二人民醫院研究團隊合作，雙方團隊提出了一種自我調整變剛度視觸覺機械人觸診系統，實現了表面微觀形貌高效重建與深部病灶精準定位的解耦表徵，在醫療微創機械人感知領域取得重要進展。 近年來，柔性傳感陣列和視觸覺感測器有望賦予手術機械人感知能力。然而，現有的傳感探頭難以調和“柔”與“剛”的矛盾，即感測器介面必須足夠柔軟，才能實現高精度的表面紋理共形測量；同時又必須具備足夠的剛度，以穿透軟組織來探測深部病灶。這種可變剛度和高精度感知的需求，極大地限制了現有機械人在複雜病理場景下的多尺度感知能力。為突破這一技術瓶頸，研究團隊提出並開發了一種基於流固耦合機制、直徑為十毫米的微型自我調整變剛度視觸覺傳感探頭，以及相應的機械人觸診掃描系統。該探頭由光學內窺鏡、染色流體介質與雙層硅膠薄膜組成。利用流體不可壓縮的約束，超彈硅膠膜介面產生應變硬化現象，等效剛度隨下壓深度最大增加四百七十倍。 研究人員指出，該探頭具備兩種交互模式：低剛度模式用於表面形貌掃描，高剛度模式用於深部組織探測。此外，結合項目提出的光譜濾波原理與球面——直角坐標轉換演算法，系統實現了面內空間特徵與軸向深度的解耦計算。 實驗結果表明，該系統展現出高精度的三維重構性能，其在Z軸（深度）和XY平面（面內）的平均絕對誤差為二十八微米和三點一微米。在連續動態掃描中，系統不僅重構出特徵尺寸為一百五十微米的微觀表面紋理，還精準測量出具有複雜星狀和分葉狀形態的皮下腫瘤模型邊界，靈敏度超過○點九二。研究團隊在離體豬肝模型上驗證了該系統的臨床潛力，平台通過融合輕觸與深壓資料，成功解耦了多層病理特徵，在動態擾動下精準區分了表層纖維化病變與皮下的隱藏結節。 研究人員表示，該研究系統性地突破了微創手術感知探頭在空間尺寸約束、可變剛度與高精度多模態感知之間的相互制約，為智能微創手術、術中定量診斷提供了創新的技術範式。研究提出的感知策略展現出高度的場景適應性與系統集成潛力，有望在自動化手術導航和複雜腔內作業中發揮核心支撐作用，下一步團隊將繼續精準測試，提高效率。 小米
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