醫材觸覺感測器

壓電式觸覺感測器應用於口腔/內視鏡

    透過統計數據瞭解到全台灣嚼檳榔人口數約兩百三十萬人，長期咀嚼檳榔會導致口腔黏膜纖維化，此現象是口腔癌一個很重要的前兆，醫生在診斷病人時常常因為病人黏膜纖維化過於嚴重導致肌肉纖維化嘴巴打不開，這非常不利於醫生在診斷病人的病情。

    核心技術為開發一新型壓電式觸覺感測器，當使用口腔筆進行檢測，感測器之內層結構和外部封裝層之楊氏係數不同，使其結構底部之壓電薄膜產生不均勻應力分佈，而輸出不同大小之電壓值，藉由後端電路專業的演算法將數值量化後由燈條方式做顯示，藉由分析運算兩個電壓比值，即可辨識組織軟硬度。醫生透過掃描陣列的方式進行檢測，感測器即會提供觸覺軟硬度回饋，並且記錄數值提供醫生定期追蹤使用，於設計上考量衛生問題，故使用完畢即可更換，未來將會應用於醫美檢測皮膚之彈性。

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莊承鑫團隊開始投入軟性觸覺感測器研究至今已有10年的經驗，由於本人所開發的觸覺感測器皆以高分子壓電材料PVDF薄膜做為感測材料，因此以完整建立PVDF壓電材料相關的檢測、量測、製程整合、封裝技術。曾開發(1)機器人手指用之具結構化電極的觸覺感測器、(2)機器人足部用壓力分佈感測器、(3)PVDF-based穿戴式軟性喇叭、(4)具辨識組織軟硬度之內視鏡附件、(5)具軟印度辨識於口腔鏡觸控裝置。前5年科技部首先補助本實驗室製作可辨識組織軟硬度的軟性觸覺感測器，通過科技部「應用於醫療用內視鏡之觸覺感測器的開發與研究」，研究成果發表在2013年IEEE Transducer國際會議獲得極大回響，之後與路竹科學園區廣泰金屬工業股份有限公司、瓏得有限公司、義大醫院進行合作一「具力量回饋與診斷組織軟硬度之內視鏡附件」整合型計畫，此計劃獲得FY102~103南部科學園區大醫材計畫的補助，目標在開發一內視鏡附件，其功能可辨識胃黏膜組織的軟硬度，得以輔助醫師立即判斷胃潰瘍或是胃癌，改善僅由視覺辨別的困難。此研究成果更參與國立成功大學生醫與醫材轉譯加值人才培訓計畫(SPARK計畫):「具觸覺回饋之內視鏡附件」、「具辨識黏膜下軟硬度之筆型口腔鏡」。

本實驗室於此方面研究已發表於Smart Structures and Systems、Sensors & Actuators: A. Physical, Computers & Mathematics with Applications科儀新知, Sensors and Actuators A:physical…等等國際期刊當中，並已佈局15項國內外的專利，並先期既轉給廣泰金屬公司，朝向技術商品化的方向進行，最近這項雛形商品於萬潤2014創新創意競賽獲得金牌首獎獎金10萬，可見整合微機電技術與傳統金屬加工，可創造出高附加價值的醫療器材商機。軟性觸覺感測器之開發與研究：此部分乃延續工研院電子所軟性電子之前瞻計畫，並連續六年FY95~100獲得國科會補助專題計畫。吾人首創結構化電極之概念，有效提升壓電式觸覺感測器的靈敏度，並將結構作為傳力桿件以分散式電極的方法分辨多軸力量方向、滑動感知等。2010年與本校機器人中心合作共同主持「具環境適應性之人形機器人足部設計及步態穩定控制之研究」(NSC 99-2221-E-218 -021)，將此陣列式觸覺感測器應用於機器人的足部壓力感測方面，可以反饋機器人於行走時的合力作用點使機器人不致傾倒。另外，滑動感知的部份，目前正與美國陸軍研究中心合作，開發微型滑動感測器整合於機器人手臂，以利美國陸軍炸藥生產線的自動化，以取代現行人工放置危險工作，其研究成果亦接受於Transducer 2011口頭報告。目前已獲得4項國內發明專利、1項美國發明專利，還有3項國內發明專利與2項美國專利正在審查中、7篇國際期刊、17篇國內外研討會論文、2篇專書、1篇邀請普科文章，最近此觸覺感測器亦獲得2011年台北國際發明展的銀牌獎。

2011台北國際發明展銀牌獎