基于視覺的微型觸覺傳感器DIGIT Pinki助力醫療行業發展

據麥姆斯咨詢報道，近日，Meta AI、斯坦福大學（Stanford University）、德累斯頓工業大學（Technische Universit?t Dresden）聯合德國癌癥研究中心（German Cancer Research Center，DFKZ）的研究人員開發了一款基于視覺的微型觸覺傳感器DIGIT Pinki。該觸覺傳感器結合新型醫療技術，可集成到機器人系統中，相關論文以“Using Fiber Optic Bundles to Miniaturize Vision-Based Tactile Sensors”為題發表在預印本平臺arXiv上。

微型觸覺傳感器DIGIT Pinki組件示意圖

該論文的合著者Julia Di對科技媒體Tech Xplore說：“論文的雛形始于Roberto Calandra和Mike Lambeta在Meta AI研究實習期間，并最終發展為Meta AI、斯坦福大學、德累斯頓工業大學和德國癌癥研究中心之間的合作研究。我們主要對機器人觸摸數字化科學很感興趣。就像觸覺傳感器DIGIT Pinki呈現的這樣，我們想研究如何創建狀似人體手指，并具有類似手指觸摸功能的傳感器?！?/p>

Julia Di和她的同事們發明的觸覺傳感器DIGIT Pinki基于近年來推出的觸覺傳感器設計理念，如DIGIT和OmniTact傳感器。然而，為了創造自己的傳感器，Julia Di和她的同事們還重新審視了20世紀80年代引入的老式設計理念，其中包括S. Begej在一篇開創性論文中概述的觀點。

Julia Di解釋說：“DIGIT Pinki是一款基于視覺的觸覺傳感器，它利用微型攝像頭的圖像來獲得觸覺。通常，這類觸覺傳感器是由光學透明凝膠‘指尖’組成。當這些凝膠指尖接觸到物體或環境時，帶有燈光的內置攝像頭將拍攝凝膠中產生的變形圖像并計算出觸覺信息?！?/p>

研究人員根據觸覺傳感器與物體接觸時產生的凝膠變形訓練了一種機器學習（ML）算法。訓練后的算法可以從觸覺傳感器收集的圖像數據中準確地學習到觸覺信息，例如與物體的接觸力。這種觸覺信息可以幫助機器人或其它設備完成操作任務。

Julia Di說：“我們的創新是通過使用光纖束將圖像傳輸到遠程攝像頭以縮小觸覺傳感器尺寸，類似于早期內窺鏡使用光纖束進行成像。通過將電子元件從凝膠指尖移除，我們可以大幅縮小凝膠指尖尺寸。該設計的一個好處是，凝膠指尖是非磁性的，不含電子元件，這對醫療應用中的任何任務來說都是福音，比如將其用于人體內或核磁共振成像（MRI）設備?！?/p>

研究人員最近的研究證明了利用光纖束微型化基于視覺的觸覺傳感器的可行性。根據他們提出的設計，Julia Di和她的同事們制作了一個尖端直徑為15毫米的原型觸覺傳感器，大約是女性食指的平均大小。

值得注意的是，這種人造的感應指尖是由硅樹脂制成的，不含敏感的電子或磁性元件。這意味著它可以安全地引入人體，因此對醫療應用具有潛在吸引力。

Julia Di解釋說：“纖薄靈敏的觸覺傳感器的一個實際用例是在受限空間內進行癌癥診斷，例如，常規直腸或宮頸檢查中的數字觸診，由于癌結節比健康組織硬一些，作為一種診斷方法，臨床醫生可能會用指尖感受生長著的癌細胞。在上述論文中，我們展示了初步結果：觸覺傳感器DIGIT Pinki在醫療級幻影（真實組織的模擬）和離體后前列腺組織（在臨床檢查中可以感覺到的前列腺部分）上區分健康和不健康的組織?！?/p>

該研究團隊的初步測試結果表明，觸覺傳感器DIGIT Pinki可以被用于開發新的醫療技術，包括作為檢測人體內異常組織的設備。此外，該觸覺傳感器還可以用于開發新的機器人系統，比如纖薄而靈敏的人造指尖，可以讓機器人更靈活地操縱物體，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補充說：“在不久的將來，我們將致力于將這項技術擴展到其它醫療應用，例如，觸診子宮頸，如果義肢上也有這種高度敏感的指尖，那將是令人興奮的。我們也有很大興趣來發掘如何使用人工智能來‘翻譯’觸摸信號以進行具體操作?！?/p>

論文鏈接：
https://arxiv.org/abs/2403.05500

審核編輯：劉清