消除侧向感知盲区：一种具有生物启发皮肤的双段支气管镜机器人

机器人支气管镜已成为肺癌诊断与周围型病变活检的重要工具，获批的Ion、Monarch、Galaxy等系统表现出较高的诊断率和较低的并发症发生率^[1]。以形状感知为基础的Ion系统可导航并活检小的周围型肺结节，多中心试验中无症状气胸约3.3%、气道出血0.8%^[5]。但此类平台的安全短板并非尖端导航本身，而是柔性镜体推进时与支气管壁之间缺乏监测的侧向接触力——临床约3.0%的气道相关并发症（含气胸与轻度出血）与此盲区相关。现有力感知或集中于器械末端（如耳科植入手术中的多轴力传感钳）^[4]，或依靠电机张力、光纤形变做间接估计，精度有限且无镜体侧壁触觉反馈^[5]；电子皮肤虽已展示低电压感知与闭环驱动的可行性^[2]，AI辅助导航也能帮助术者更安全地深入支气管^[3]，但镜体侧向力的实时定量监测始终悬而未决。

本文为此研制了仿蛇腹鳞密度梯度的64通道PVDF压电感知薄膜：仿照蛇鳞头颈密集、躯干均匀、尾部稀疏的分布，薄膜在不可弯曲段上按远端密集、中段均匀、近端稀疏布置传感单元，优先覆盖碰撞风险最高的气道区域。28微米厚PVDF层配合双面丝网印刷银浆电极实现行列复用，约300毫米的薄膜共形包裹后，镜体外径仅从5.20毫米增至5.84毫米（径向增量0.32毫米）；在0.1–5牛顿临床载荷范围内灵敏度约188毫伏/牛顿，经神经网络标定后64个通道全部满足R²大于0.98、RMSE小于0.145牛顿。1、3、5牛顿三档各50次循环加载中，代表性通道峰值变异系数均低于2%，响应稳定于100–200毫秒且无明显漂移，循环后薄膜无破损、脱层或剥离。机械层面，传统两自由度远端段被升级为四自由度双段腱驱动弯曲结构并配导轨进给，远端集成成像模块，与侧力薄膜构成视觉加力觉的双模态监测；在主支气管约20毫米、远端约8毫米的五级透明支气管模型中，双段结构较单段手动镜更顺滑地抵达四级支气管，侧力超阈值时系统自动降速并调整进镜姿态。

这项工作把力安全监测的对象从器械末端扩展到整段镜体侧壁，同时给出接触力的大小与空间位置，并以阈值触发的自动干预取代外科医生的经验判断，形成数据驱动的闭环方案；相较于依赖间接力信息的现有商用平台^[5]和聚焦导航辅助的AI系统^[3]，它在结构（双段弯曲）与感知（梯度分布式电子皮肤）两个层面同时回应侧向力盲区，并将分布式压电感知压缩进0.32毫米的径向增量、带入气道场景，延续了电子皮肤向医疗器件延伸的方向^[2]。

需要指出，气道并发症本身是多因素的，侧向接触力只是其中长期未被监测的一环，正如作者自己所强调；就本文呈现的验证而言，感知标定与通过性测试均在台架和3D打印支气管模型上完成，活体组织交互下的表现、长期生物相容性与耐用性以及临床工作流的无缝整合，仍有待回答。