Сенсор размером с рисовое зерно. Китайцы научили хирургических роботов чувствовать ткани

Китайские инженеры создали оптический сенсор размером с рисовое зерно, который может дать хирургическим роботам почти человеческое чувство осязания. Миниатюрное устройство измеряет силу, давление, сдвиг и скручивание во всех направлениях, но вместо сложной электроники использует свет.

Разработка исследователей из Шанхайского университета транспорта занимает всего 1,7 мм. Такой размер позволяет встроить сенсор в тонкие медицинские инструменты, которым приходится работать внутри узких и чувствительных зон. Современные роботизированные хирургические системы хорошо видят операционное поле, но плохо понимают физический контакт с тканями. Из-за этого робот может слишком сильно надавить на хрупкий участок, а хирург не всегда получит явный сигнал вовремя.

Новый сенсор построен вокруг оптического волокна с мягким эластомерным наконечником. Когда наконечник касается поверхности, материал слегка деформируется, а свет внутри меняет рисунок распространения. Пучок когерентных волокон передает световой узор на камеру, после чего алгоритмы вычисляют силу и крутящий момент во всех направлениях.

Руководитель группы Цзяньлун Ян объясняет, что устройство не измеряет отдельные компоненты силы по частям, как многие миниатюрные датчики, а сразу оценивает общее состояние контакта. Такой подход упрощает конструкцию и избавляет инструмент от сложной проводки, которая мешает уменьшать медицинские датчики.

Ученые проверили сенсор при контролируемых нагрузках, включая давление и скручивание. Измерения оказались повторяемыми, а показания оставались стабильными при нагhttps://www.optica.org/about/newsroom/news_releases/2026/tiny_sensor_harnesses_light_to_feel_touch/рузке и разгрузке. Затем команда испытала устройство на желатиновых моделях тканей, куда поместили жесткие сферические объекты, имитирующие скрытые опухоли. Сенсор смог обнаружить и определить положение таких объектов под мягким материалом.

Главная цель разработки связана с малоинвазивной хирургией. Роботы часто работают через узкие каналы, внутри глаза или рядом с деликатными тканями, где случайное касание может привести к повреждению. Если инструмент начнет чувствовать давление и скручивание, система сможет раньше распознавать опасный контакт и корректировать движение в реальном времени.

Перед практическим применением исследователи хотят улучшить стабильность производства, снизить требования к калибровке и проверить сенсор в медицинских и промышленных роботах при длительной работе. Статья опубликована в журнале Optica.