Китайські вчені навчили хірургічних роботів відчувати тканини

Інженери з Шанхайського університету транспорту розробили оптичний сенсор завдовжки лише 1,7 мм — приблизно з рисове зерно — який здатен забезпечити хірургічним роботам майже людське відчуття дотику. Пристрій фіксує силу, тиск, зсув і скручування в усіх напрямках, проте замість складної електроніки використовує світло.

Сучасні роботизовані хірургічні системи добре «бачать» операційне поле, але погано розпізнають фізичний контакт з тканинами. Через це робот може надмірно притиснутися до крихкої ділянки, а хірург не завжди отримає своєчасний сигнал. Мініатюрний розмір нового датчика дозволяє вбудовувати його в тонкі медичні інструменти, що працюють у вузьких і чутливих зонах.

Конструкція сенсора побудована навколо оптичного волокна з м’яким еластомерним наконечником. При контакті з поверхнею наконечник незначно деформується, змінюючи характер поширення світла всередині. Пучок когерентних волокон передає світловий узор на камеру, після чого алгоритми обчислюють силу й крутний момент у всіх напрямках.

Керівник дослідницької групи Цзяньлун Ян пояснює, що пристрій не вимірює окремі складові сили по черзі, як більшість мініатюрних датчиків, а одразу оцінює загальний стан контакту. Це спрощує конструкцію й позбавляє інструмент складної проводки, яка заважає зменшувати медичні датчики.

Під час випробувань команда перевіряла сенсор при контрольованих навантаженнях — тиску та скручуванні. Показання виявилися стабільними й повторюваними. Далі пристрій тестували на желатинових моделях тканин із прихованими жорсткими сферами, що імітували пухлини: сенсор успішно виявляв їх і визначав розташування під м’яким матеріалом.

Головна мета розробки — малоінвазивна хірургія. Роботи часто працюють через вузькі канали, всередині ока або поруч із ніжними тканинами, де випадковий дотик може спричинити пошкодження. Інструмент, здатний відчувати тиск і скручування, дозволить системі раніше розпізнавати небезпечний контакт і коригувати рух у реальному часі.

Перед практичним застосуванням дослідники планують покращити стабільність виробництва, знизити вимоги до калібрування та перевірити сенсор у медичних і промислових роботах у режимі тривалої роботи. Результати дослідження опубліковано в журналі Opti­ca.