中国研究人员开发出一种米粒大小的光学触觉传感器，可为手术机器人和医疗工具赋予“触觉”。该设备利用光而非电子信号，测量全方向的力、压力和扭转。传感器尺寸仅为1.7毫米，研究团队表示，它可以帮助机器人在精细手术过程中检测非安全接触并实时调整动作。该团队还演示了设备能够识别软组织下方隐藏的结构，包括组织模型中的肿瘤模拟物。这项研究来自上海交通大学的研究人员，成果发表在《Optica》期刊上。

以光代电，突破微型力觉传感瓶颈

当前机器人手术系统严重依赖成像，但在狭小手术空间内感知物理交互的能力不足。现有力传感器对于许多微型工具而言仍然过于笨重或复杂。研究团队带头人杨建龙表示：“尽管现代成像系统可以清晰显示结构，但它们不提供力或扭矩等物理交互信息。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小且敏感的环境中及早检测不安全接触并实时调整动作。”

研究团队设计了一种以软弹性体尖端为敏感元件的光纤传感器。当尖端接触物体时发生微小形变，改变光在传感器内的传播模式。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获的图像，计算全方向的力和扭矩。研究人员称，这种设计避免了传统微型力传感器复杂的布线结构。杨建龙指出：“我们的传感器不是逐片测量力，而是一步感知整体接触状态。这一转变可能使构建既能‘看’又能‘感觉’的紧凑工具变得更加容易。”

检测隐藏结构，助力微创手术

研究团队在已知力和扭转条件下对设备进行了测试，传感器提供了可重复的测量结果，迟滞性低（加载和卸载循环中读数一致）。研究人员还在含有硬质球形物体（模拟组织下隐藏的肿瘤）的明胶模型中测试了设备，传感器成功检测并定位了嵌入结构。团队相信，该技术可以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常需要通过狭窄通路进行操作，意外接触可能损伤脆弱组织。杨建龙表示：“通过使工具和机器人更安全、更精确，这项技术可以让精细医疗手术更加可控，减少意外损伤的风险。”

迈向实际应用

研究人员计划在商业化部署前改进制造一致性并减少校准需求。他们还计划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。团队表示，后续工作将专注于将技术封装成紧凑系统，使临床医生和工程师能够在实际环境中轻松部署。该研究获得了国家相关科研项目的资助，体现了中国在智能医疗设备领域的自主创新能力。