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基于视觉的微型触觉传感器,助力医疗行业发展

发布时间:2024-04-26 浏览:351次

据麦姆斯咨询报道,近日,Meta AI、斯坦福大学(Stanford University)、德累斯顿工业大学(Technische Universität Dresden)联合德国癌症研究中心(German Cancer Research Center,DFKZ)的研究人员开发了一款基于视觉的微型触觉传感器DIGIT Pinki。该触觉传感器结合新型医疗技术,可集成到机器人系统中,相关论文以“Using Fiber Optic Bundles to Miniaturize Vision-Based Tactile Sensors”为题发表在预印本平台arXiv上。


微型触觉传感器DIGIT Pinki组件示意图

该论文的合著者Julia Di对科技媒体Tech Xplore说:“论文的雏形始于Roberto Calandra和Mike Lambeta在Meta AI研究实习期间,并最终发展为Meta AI、斯坦福大学、德累斯顿工业大学和德国癌症研究中心之间的合作研究。我们主要对机器人触摸数字化科学很感兴趣。就像触觉传感器DIGIT Pinki呈现的这样,我们想研究如何创建状似人体手指,并具有类似手指触摸功能的传感器。”

Julia Di和她的同事们发明的触觉传感器DIGIT Pinki基于近年来推出的触觉传感器设计理念,如DIGIT和OmniTact传感器。然而,为了创造自己的传感器,Julia Di和她的同事们还重新审视了20世纪80年代引入的老式设计理念,其中包括S. Begej在一篇开创性论文中概述的观点。

Julia Di解释说:“DIGIT Pinki是一款基于视觉的触觉传感器,它利用微型摄像头的图像来获得触觉。通常,这类触觉传感器是由光学透明凝胶‘指尖’组成。当这些凝胶指尖接触到物体或环境时,带有灯光的内置摄像头将拍摄凝胶中产生的变形图像并计算出触觉信息。”

研究人员根据触觉传感器与物体接触时产生的凝胶变形训练了一种机器学习(ML)算法。训练后的算法可以从触觉传感器收集的图像数据中准确地学习到触觉信息,例如与物体的接触力。这种触觉信息可以帮助机器人或其它设备完成操作任务。

Julia Di说:“我们的创新是通过使用光纤束将图像传输到远程摄像头以缩小触觉传感器尺寸,类似于早期内窥镜使用光纤束进行成像。通过将电子元件从凝胶指尖移除,我们可以大幅缩小凝胶指尖尺寸。该设计的一个好处是,凝胶指尖是非磁性的,不含电子元件,这对医疗应用中的任何任务来说都是福音,比如将其用于人体内或核磁共振成像(MRI)设备。”

研究人员最近的研究证明了利用光纤束微型化基于视觉的触觉传感器的可行性。根据他们提出的设计,Julia Di和她的同事们制作了一个尖端直径为15毫米的原型触觉传感器,大约是女性食指的平均大小。

值得注意的是,这种人造的感应指尖是由硅树脂制成的,不含敏感的电子或磁性元件。这意味着它可以安全地引入人体,因此对医疗应用具有潜在吸引力。

Julia Di解释说:“纤薄灵敏的触觉传感器的一个实际用例是在受限空间内进行癌症诊断,例如,常规直肠或宫颈检查中的数字触诊,由于癌结节比健康组织硬一些,作为一种诊断方法,临床医生可能会用指尖感受生长着的癌细胞。在上述论文中,我们展示了初步结果:触觉传感器DIGIT Pinki在医疗级幻影(真实组织的模拟)和离体后前列腺组织(在临床检查中可以感觉到的前列腺部分)上区分健康和不健康的组织。”

该研究团队的初步测试结果表明,触觉传感器DIGIT Pinki可以被用于开发新的医疗技术,包括作为检测人体内异常组织的设备。此外,该触觉传感器还可以用于开发新的机器人系统,比如纤薄而灵敏的人造指尖,可以让机器人更灵活地操纵物体,甚至可以使用剪刀或其它需要在受限位置施加控制力的工具。

Julia Di补充说:“在不久的将来,我们将致力于将这项技术扩展到其它医疗应用,例如,触诊子宫颈,如果义肢上也有这种高度敏感的指尖,那将是令人兴奋的。我们也有很大兴趣来发掘如何使用人工智能来‘翻译’触摸信号以进行具体操作。”

论文链接:https://arxiv.org/abs/2403.05500

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