За последние десятилетия роботизированные системы становятся все более совершенными, улучшаясь как в плане точности, так и в плане возможностей. Это постепенно способствует частичной автоматизации некоторых хирургических и медицинских процедур.
Исследователи из Университета Цинхуа разработали мягкое роботизированное щупальце, которое потенциально может быть использовано для повышения эффективности некоторых стандартных медицинских процедур. Это устройство, представленное в журнале IEEE Transactions on Robotics, управляется с помощью их нового алгоритма управления вместе с так называемым активным охлаждением сплава с памятью формы.
"Однажды врач-нейрохирург пришел в нашу лабораторию и спросил о возможности разработки для него мягкого, управляемого катетера, который поможет ему при проведении нейрохирургических операций, - рассказывает Хуэйчан Чжао, один из исследователей. - Он хотел бы, чтобы этот мягкий катетер был чрезвычайно безопасен для окружающих и мог изгибаться в разные стороны с помощью пульта дистанционного управления. Исходя из этих требований, мы разработали мягкое роботизированное щупальце".
Первоначальный прототип, созданный Чжао и его коллегами, имел два ключевых ограничения. Первое - он двигался слишком медленно, а второе - его движения было трудно контролировать, особенно при наличии внешних возмущений.
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи создали контроллер, основанный на двух стратегиях управления для изгибающего и поворотного движения соответственно, а также на стратегии активного охлаждения материалов с памятью формы, что позволит им лучше контролировать движения своих роботов. Основная цель этого контроллера - ускорить скорость приведения в действие роботизированного щупальца и улучшить его управляемость, так как это, в свою очередь, может облегчить его применение в реальном мире.
"Наше щупальце приводится в действие путем нагрева/охлаждения трех пружин из сплава с памятью формы, - рассказывает Синь Ань, другой исследователь. - Эти пружины сжимаются/удлиняются при нагревании/охлаждении соответственно, что заставляет щупальце изгибаться в разных направлениях под разными углами. Мы использовали несколько камер и маркеров, закрепленных на роботизированном щупальце, для определения состояния изгиба щупальца в реальном времени, а также контроллер обратной связи для подачи команд и управления деформацией щупальца в нужном направлении и под нужным углом".
Пружины, управляющие роботизированным щупальцем команды, имеют высокую плотность энергии. В результате, щупальце может быть адаптировано для того, чтобы быть легким и компактным, что может лучше подойти для некоторых медицинских применений.
Исследователи протестировали свою систему в серии экспериментов, где они дистанционно управляли ею для сканирования изображений комнаты с помощью встроенной камеры. Они обнаружили, что система достигла многообещающих результатов, поскольку она могла выполнять различные сгибательные движения эффективно и быстро.
"Роботизированное щупальце было успешно приведено в действие умными материалами и сформировало довольно мягкий, ловкий и управляемый манипулятор, - пояснил Чжао. - Это означает, что в будущем мы сможем создать роботизированную руку, катетер или эндоскоп из мягких материалов с характеристиками, аналогичными тем, которые достигаются при использовании жестких аналогов".
Хотя исследователи до сих пор испытывали роботизированное щупальце только в лаборатории, со временем они надеются испытать его в клинических условиях, используя для проведения реальных операций. Для этого они сейчас работают над улучшением возможностей приведения в действие, восприятия и управления своей системы.
Комментарии
(0) Добавить комментарий