中科院化学所团队研发新型双模态传感器，助力提升外科机器人手术精度
中科院化学所团队研发新型双模态传感器，助力提升外科机器人手术精度
随着微创手术的不断发展，外科机器人在医疗领域的应用日益广泛。相比传统的开放性手术，外科机器人能够通过更小的切口和减少组织创伤，显著提升手术的精度和安全性。然而，实现外科机器人的高效操作，离不开直观且自然的人机界面（HMI）。传统的单模态传感器在精度和反馈方面存在局限性，无法满足手术操作的高要求。
中国科学院化学研究所的宋延林/苏萌研究员团队在Science China Technological Sciences期刊2025年第2期发表的研究论文“Printing perovskite and graphene parallel structure-based optical-mechanical sensors for human-machine interaction”（基于钙钛矿与石墨烯复合结构的多模态传感系统用于人机交互），通过结合模板印刷与高精度打印策略，制备了具有光学和机械双模态传感能力的结构，实现了实时的手部位置与触觉力测量，有助于提升手术机器人的操作精度。
图1. 全印刷MAPbBr3-GR@PDMS传感器的制备过程、结构及传感原理
图2展示了双模态传感器的形貌和结构表征，可以看出钙钛矿和石墨烯的复合结构被精确地打印在柔性基底上，形成了独特的平行结构。这种结构设计不仅保证了传感器的机械稳定性，还为实现光学和力学信号的同时检测提供了可能。
图2. 双模态传感器的形貌和结构表征
在性能测试方面，该传感器展现出了优异的光学响应度（3.31 × 10³ A W⁻¹）和力传感灵敏度（0.17 Pa⁻¹）。这意味着传感器能够对微弱的光信号和压力变化做出快速响应，非常适合用于需要高精度控制的场景。
图3. 双模态传感器的光学-力传感性能
研究团队还展示了该传感器在多维检测任务中的应用潜力。通过对手部动作产生的阴影和压力进行检测，传感器能够提供实时、多维的手部反馈，实现非接触和触觉输入的结合，从而增强人机交互的控制能力。
图4. 双模态传感器的多维检测能力展示
这项研究通过全打印策略构筑了钙钛矿与石墨烯复合结构的双模态传感器。得益于高质量结晶的MAPbBr3阵列的光电响应特性和GR@PDMS图案的力学响应特性，传感器展现出优异的光学响应度（3.31 × 10³ A W⁻¹）和力传感灵敏度（0.17 Pa⁻¹）。该双模态传感器能够通过手部动作产生的阴影和压力来检测多维任务，提供实时、多维的手部反馈，实现非接触和触觉输入，从而增强人机交互的控制能力。
这项研究不仅为外科机器人提供了更先进的传感解决方案，也为其他需要高精度人机交互的领域（如虚拟现实、智能假肢等）开辟了新的技术路径。