近日，www.优德88.cpm 机电工程学院孙立宁教授团队研发了一款用于机器人辅助微创手术的高集成度可变灵敏度的MEMS三维力感知模块。最新研究成果以www.优德88.cpm 机电工程学院为第一单位发表在权威期刊《Advanced Functional Materials》（中国科学院JCR分区为一区，影响因子19.924）上，论文题为“A Highly Integrated 3D MEMS Force Sensing Module With Variable Sensitivity for Robotic-Assisted Minimally Invasive Surgery”。www.优德88.cpm 博士研究生侯诚与硕士研究生王凯瑶为论文的共同第一作者，刘会聪教授、陈涛教授、孙立宁教授为共同通讯作者。该工作得到了江苏省杰出青年基金、国家重点研发计划等项目的支持。

针对手术机器人缺少力感知的困境，为了给外科医生提供力觉临场感，提高手术的安全性，该研究提出了一个高度集成的基于MEMS的压阻式三维力感知模块，该模块由一个基于MEMS的压阻式三维力传感芯片、一个带有微型金字塔的柔性封装盖和一个顶部弹性层组成。这种创新的组合式结构允许快速更换不同厚度和不同杨氏模量的弹性层，实现对灵敏度和量程的调整，从而应对不同手术和术式操作中对灵敏度和量程的要求。实验验证表明，更换弹性层，Z轴方向相同的电阻变化量，其量程可以从3N扩大到10N；相同外部载荷的情况下，X轴和Y轴的灵敏度最多可以分别增加8倍和7倍。

图1. 可变灵敏度的微型MEMS力感知模块可应用于多种手术场景

同时，这款力感知模块的核心MEMS三维力感知芯片仅2*2mm，封装完成后小于5*5mm，微小的尺寸使其可以被集成到多种手术器械的尖端。通过调整弹性层的参数，结合智能的深度学习解耦算法，进行的模拟肾脏结节检测、离体缝合过程中的穿刺以及穿线力的估计，验证了其可调灵敏度和量程的有效性。该研究为手术器械的低成本和多功能化提供了可能的解决方案，同时也为力感知手术器械的统一化提供了可能。

图2. 力感知模块集成于手术探针上使其具有力感知功能

展望：

本研究验证了通过调整不同厚度和杨氏模量的弹性层，实现力感知模块灵敏度和测量范围变化的可能性。该研究揭示了为机器人辅助微创手术（RMIS）构建通用力感知方法的潜在能力。同时，该研究可能为机器人辅助手术的智能化和标准化做出贡献。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302812