熊丽:让机器人手术更安全

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走进青山校区教一楼测控技能与仪器光学试验室,熊丽正忙着调试仪器仪表、测验传感器功用、监测光纤光栅的光谱......一天的作业尽管被安排得满满当当,但熊丽却乐在其中。

熊丽是我校机械学院2017级博士研讨生。在从事光纤传感研讨的八年时刻里,她用自己的尽力,拿出了一份“亮眼”的成绩单:以榜首作者宣布SCI论文6篇,1篇当选中科院SCI一区TOP期刊,1篇当选ESI高被引论文,请求国家发明专利2项,取得博士研讨生国家奖学金。

多做多思, 在实践中开展爱好

“假如没有光纤通信,就不会有今日的互联网和通讯网络。”熊丽回忆说。2010年,正读大学的她在《科学美国人》杂志上读到“光纤”,便深深地被其优胜的信息传达功用所招引。

怀揣着对光纤的爱好,读研期间,她决然挑选“光纤传感”作为研讨方向。上课、查文献、做试验、写论文......即便每天任务量都很重,但熊丽却乐此不疲,常常一坐便是十个小时。

做试验没有创意,她就“啃”他人的论文;做试验遇见难题,她就“穷追不舍”,不断替换试验方案,移风易俗。“科研之路虽绵长,但每一次小小的创意与一点点的前进都会让我感到值得,让我更用心肠做好这件事。”熊丽笑着说。

“做科研要多动脑筋。”遇到问题,熊丽从不盲目处理,而会镇定考虑、剖析问题实质、分化方针、重复查阅文献、拟定方案,直至构建出可行方案。

“每次进试验室,都能看见熊丽师姐与蒋国璋、郭永兴教师‘剧烈’沟通。”2018级硕士研讨生李聪说。俨然,与导师沟通已成为熊丽作业的常态。试验有了新进展、难题无法处理、心境欠好需求排解......熊丽总会将心里话与导师共享。对此,熊丽笑着说:“有时聊着聊着,问题就处理了。”

“业精于勤荒于嬉,行成于思毁于随。唯有多劳多思,方能别出心裁,移风易俗。”回望自己八载科研路,熊丽总结道。 

别出心裁,破解手术机器人多维力觉检测难题

近年来,跟着手术机器人的开展,机器人手术得到了外科医师的广泛认可。但与人工手术比较,机器人手术器械臂和人体之间的作用力信息难以实时精确地反应给医师,这将添加手术的危险。熊丽敏锐地“嗅”到问题所在:手术机器人力觉反应存在缺失。

知己知彼,方能百战不殆。经过文献调研,熊丽了解到国内外现在用于力觉检测的电类传感元件,多具有体积大、引线数量多、信号稳定性差等缺点。“光纤光栅体积小,抗电磁干扰才能和生物相容性优胜,可否用它试试?”理清思路后,熊丽当即投入研讨。

2017年,熊丽从手术机器人三维力检测技能下手,别出心裁,提出一种仅用5个光纤光栅完成三维力自解耦、温度自补偿的丈量办法,并敏捷搭建起三维力测验试验体系,处理了手术机器人在进行钝性别离、安排接触等操作时力觉反应缺失的问题。

2018年,熊丽将研讨重心放在了更杂乱的六维力/力矩检测技能上。因为丈量维度高,各维力和力矩会发生交叉耦合,需求进行杂乱的标定宽和耦运算,这对丈量精度十分晦气。而在其时,该项技能一旦打破,便可处理手术机器人力觉反应缺失的瓶颈问题,推进我国医疗技能的开展。

为下降六维力/力矩丈量耦合,熊丽查阅文献、树立数十种传感构型,不断核算优化。三个月以来,熊丽阅历了很多失利,但她一直对自己说:坚持!坚持!

功夫不负有心人,熊丽别出心裁,寻觅到了最佳处理方案:选用分层感知的结构来丈量六维力/力矩,将传感构型划分为不同层次,即可大大下降维间耦合。

但纸上得来终觉浅,理论还要经得起检测。凭着不认输的心态,熊丽花费三个月时刻,重复探索制备工艺,选用激光焊接及3D打印等技能,硬是制作出了传感器样机。优胜低耦合功用的试验作用让熊丽绽放了笑脸,“试验证明,我的理论是正确的!”

终究,这一作用宣布在电气电子范畴世界威望尖端期刊《IEEE Transactions on Industrial Electronics》上。该期刊归于中科院SCI一区TOP期刊,影响因子7.503。 

共同打法,改善手术机器人光纤光栅力觉探针

当今机器人手术中,常常需求经过结尾探针进行力觉检测,精准的力觉反应将有利于医师拿捏好手术力度。但是,当时用于手术机器人的光纤光栅力觉探针,在消毒过程中,探针因封装资料老化将发生粘接失效、力传递率下降等问题,晦气于力觉的精准丈量。

怎么避免封装资料老化并确保器械的生物相容性?因为国内外尚无相关研讨文献,这项简直从“0”开端的研讨,成了熊丽面临的最大难题。

用慵懒资料“维护”封装资料、选用磁控溅射在封装资料外表“裹上”金属钛膜......半年里,熊丽用不同金属资料为封装资料“镀膜”,测验试验作用,但无一不以失利告终。

“许多办法操作较杂乱、本钱较高,存在镀层结合力差、在极点条件下易呈现裂缝等问题,虽有成效,但不有用。”弄清楚问题实质后,熊丽眸子里闪烁着更坚决的信仰。

一天,熊丽创意闪现,“或许最完美的办法便是彻底不必封装资料”。想到这一共同“打法”,熊丽说干就干。她决议,将光纤光栅直接熔入探针主体和手柄中,构成一体结构。在玻璃溶液浇注及凝结的过程中,强壮的内应力极易使光纤变形乃至开裂。她找来不同光纤涂覆资料,一次次浇注、一次次凝结、一次次开裂,她乐此不疲地尝试着。

“碳密封涂覆光纤不会开裂!”一次偶尔的试验,令她无比欢喜,似乎发现了“新大陆”。“这种办法能有用避免光纤外表微裂纹的扩展,推迟机械强度疲惫进程,十分适用于这种一体化结构,改善了当今手术机器人光纤光栅力觉探针。”熊丽的导师蒋国璋教授竖起大拇指。

一步一个脚印,依照“原定方案”,熊丽完成了“预期方针”。她相继研讨了面向手术机器人的光纤光栅三维力和六维力传感技能,研制出具有多维力反应功用的结尾手术微器械,请求了国家发明专利2项。

“熊丽根底厚实,主观能动性强,具有杰出的科研习气,‘多劳多思’是她攻坚克难的榜首诀窍,”蒋国璋教授赞扬说,“她长于统筹规划时刻,合理分化科研方针,并逐个击破。”

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