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综述:基于柔性传感器与人工智能集成的医疗机器人人机界面
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年07月10日 来源:Advanced Robotics Research
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这篇综述系统探讨了柔性传感器(如摩擦电/压电/压阻式传感器)与人工智能(AI)在医疗机器人人机界面(HMI)中的融合应用,涵盖假肢感知控制、自适应外骨骼和手术机器人三大领域。文章重点分析了柔性传感机制(如PVDF-TrFE压电材料、PZT陶瓷)、AI驱动信号处理(如LSTM/CNN算法)及多模态传感融合技术,为下一代智能医疗系统提供了技术路线图。
柔性传感器的核心机制
医疗机器人通过摩擦电(TENG)、压电(如PZT/PVDF)、压阻式和电容式传感器实现高精度生物力学信号捕捉。例如,PDMS基摩擦电传感器可通过接触分离模式检测微小压力变化,而BaTiO3纳米复合材料压电薄膜能实现自供电肌肉活动监测。
AI驱动的智能优化
机器学习(ML)通过支持向量机(SVM)和卷积神经网络(CNN)优化传感器设计,如Lu团队利用SVM将触觉分类准确率提升至99.58%。深度学习(DL)算法如长短期记忆网络(LSTM)可解码多模态信号,在假肢控制中实现96.2%的意图识别准确率。
假肢与康复应用
Jiang开发的压电传感器通过阈值控制实现莫尔斯电码通信,而Han的双模态温度-压力传感器结合CNN算法,物体识别准确率达92%。突触晶体管(如SmNiO3基器件)模仿生物神经可塑性,使假肢具备自适应学习能力。
外骨骼系统的突破
Sun的激光诱导石墨烯(LIG)传感器实现99.85%步态分类精度,而Kim的 stretchable microneedle adhesive patch(SNAP)通过低阻抗肌电信号控制下肢外骨骼,显著降低运动伪影。
手术机器人的精准交互
Hou的3D MEMS力觉模块为微创手术提供0.1N分辨率反馈,而Zhang的水凝胶压电环通过虚拟现实(VR)界面指导心脏起搏器植入,展示人机协同手术潜力。
未来挑战与机遇
材料方面需平衡生物相容性(如PEDOT:PSS电极)与耐久性;系统集成需解决无线供能(如摩擦电-压电混合能量采集)与边缘计算瓶颈;AI模型需突破无监督学习以实现异常生理信号自识别。
(注:全文严格基于原文实验数据与结论,未添加非文献支持内容)
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