Čínští vědci dali chirurgickým robotům hmat: Senzor velikosti rýže zlepší přesnost operací a odhalí nádory

Vědci v Číně vyvinuli optický senzor o velikosti zrnka rýže, který by mohl dát chirurgickým robotům a lékařským nástrojům smysl pro hmat. Toto miniaturní zařízení, měřící pouhých 1,7 milimetru, dokáže měřit sílu, tlak a kroucení ve všech směrech pomocí světla namísto elektroniky.

Vědci v Číně vyvinuli optický senzor o velikosti zrnka rýže, který by mohl dát chirurgickým robotům a lékařským nástrojům smysl pro hmat. Toto miniaturní zařízení, měřící pouhých 1,7 milimetru, dokáže měřit sílu, tlak a kroucení ve všech směrech pomocí světla namísto elektroniky. Inovace z dílny výzkumníků z Šanghajské univerzity Jiao Tong by mohla výrazně zvýšit bezpečnost a přesnost při citlivých lékařských zákrocích.

Současné robotické chirurgické systémy se spoléhají především na zobrazovací metody, avšak mají potíže s vnímáním fyzické interakce v těsných chirurgických prostorech. Stávající snímače síly jsou navíc příliš velké pro mnoho miniaturních nástrojů. „Moderní zobrazovací systémy sice dokážou jasně ukázat struktury, ale neposkytují informace o fyzické interakci, jako je síla nebo krouticí moment, a stávající snímače síly jsou často příliš objemné nebo složité, aby se vešly do miniaturních nástrojů,“ uvedl vedoucí výzkumného týmu Jianlong Yang.

Nový senzor je navržen kolem optického vlákna s měkkou elastomerovou špičkou. Při dotyku s objektem se špička mírně deformuje, což mění způsob šíření světla uvnitř senzoru. Koherentní svazek vláken pak přenáší světelný vzor do kamery, která pomocí datově řízených metod analyzuje zachycený obraz a vypočítává sílu a krouticí moment ve všech směrech. Toto uspořádání se vyhýbá složitosti kabeláže, která je typická pro konvenční miniaturní senzory, a umožňuje vnímat celkový stav kontaktu v jediném kroku.

Tým testoval zařízení v kontrolovaných podmínkách s použitím známých sil a krouticích pohybů. Senzor poskytoval opakovatelná měření s nízkou hysterezí, což znamená, že hodnoty zůstaly konzistentní během cyklů zatížení a uvolnění. Vědci také úspěšně použili senzor v želatinových modelech obsahujících tuhé kulovité objekty, které napodobovaly nádory skryté pod tkání. Tato technologie by tak mohla robotům umožnit včas detekovat nebezpečný kontakt a okamžitě reagovat, stejně jako zlepšit hmatové vedení při minimálně invazivních operacích, čímž se sníží riziko náhodného poškození.

Vědci nyní plánují zlepšit konzistenci výroby a snížit požadavky na kalibraci před komerčním nasazením. Dále se zaměří na integraci senzoru do lékařských a průmyslových robotických systémů pro dlouhodobé testování v reálných provozních podmínkách a na balení technologie do kompaktních systémů, které budou snadno použitelné v praxi. Studie byla publikována v odborném časopise Optica.