【儀表網 研發(fā)快訊】近日，南方科技大學機器人研究院院長、英國皇家工程院院士戴建生團隊，與深圳市第二人民醫(yī)院副院長朱偉民團隊合作，提出了一種自適應變剛度視觸覺機器人觸診系統(tǒng)，實現(xiàn)了表面微觀形貌高效重建與深部病灶精準定位的解耦表征，在醫(yī)療微創(chuàng)機器人感知領域取得了重要進展。相關研究成果以“A Stiffness-Adaptive Visuo-Tactile Robotic Palpation System for Surface Texture Profiling and Deep Lesion Localization”為題，發(fā)表在機電一體化與機器人領域學術期刊 IEEE/ASME Transactions on Mechatronics。
 

　　隨著微創(chuàng)手術技術的廣泛應用，手術空間受限以及缺乏定量的觸覺反饋，對醫(yī)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(zhàn)。近年來，研究人員期望通過柔性傳感陣列和視觸覺傳感器賦予手術機器人感知能力。然而，現(xiàn)有的傳感探頭難以調和“柔”與“剛”的矛盾：傳感器界面必須足夠柔軟，才能實現(xiàn)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(xiàn)有機器人在復雜病理場景下的多尺度感知能力。
 

　　為突破這一技術瓶頸，研究團隊提出并開發(fā)了一種基于流固耦合機制的微型自適應變剛度視觸覺傳感探頭(直徑10毫米)及相應的機器人觸診掃描系統(tǒng)。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，超彈硅膠膜界面產生應變硬化現(xiàn)象，等效剛度隨下壓深度最大增加470倍。探頭具備兩種交互模式：低剛度模式用于表面形貌掃描，高剛度模式用于深部組織探測。此外，結合項目提出的光譜濾波原理與球面-直角坐標轉換算法，系統(tǒng)實現(xiàn)了面內空間特征與軸向深度的解耦計算。
 

　　為評估該感知系統(tǒng)的臨床應用性能，研究團隊開展了定量化表征測試與離體組織實驗。結果表明，該系統(tǒng)展現(xiàn)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28 μm和3.1 μm。在連續(xù)動態(tài)掃描中，系統(tǒng)不僅重構出特征尺寸為150 μm的微觀表面紋理，還精準測量出具有復雜星狀和分葉狀形態(tài)的皮下腫瘤模型邊界，靈敏度超過0.92。此外，團隊在離體豬肝模型上驗證了該系統(tǒng)的臨床潛力，平臺通過融合輕觸與深壓數(shù)據，成功解耦了多層病理特征，在動態(tài)擾動下精準區(qū)分了表層纖維化病變與皮下的隱藏結節(jié)。
 

　　該工作系統(tǒng)性地突破了微創(chuàng)手術感知探頭在空間尺寸約束、可變剛度與高精度多模態(tài)感知之間的相互制約，為智能微創(chuàng)手術、術中定量診斷提供了創(chuàng)新的技術范式。該感知策略展現(xiàn)出高度的場景適應性與系統(tǒng)集成潛力，有望在自動化手術導航和復雜腔內作業(yè)中發(fā)揮核心支撐作用。
 

　　南方科技大學研究助理教授范東亮和碩士研究生劉春雨為論文共同第一作者，戴建生院士為論文通訊作者。朱偉民與深圳市第二人民醫(yī)院姚涵鈺博士為共同作者。本研究得到了國家自然科學基金重點項目、廣東省科技計劃項目、深圳市科創(chuàng)委以及南方科技大學高水平專項資金等項目的支持。
 

　　引用：南科大戴建生院士團隊在醫(yī)療機器人視觸覺感知領域取得研究進展 南方科技大學 【引用時間：2026年6月11日】