Forscher entwickeln Methode zur Stabilisierung von Roboterfingern während der Operation

Forscher an der Texas A&M University haben eine neue chirurgische Technologie zur Stabilisierung von Roboterarmen während der Operation entwickelt. Die neue Studie wurde in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Roboterfinger als Erweiterung des Chirurgen

Das Team der Forscher demonstrierte, dass Benutzer durch die Verwendung von elektrischen Strömen, die an Fingerabdrücken gesendet werden, eine genaue Wahrnehmung der Entfernung zum Kontakt haben können. Die elektrischen Ströme verursachen kleine, aber wahrnehmbare Vibrationen, und Benutzer können Roboterfinger auf einer fragilen Oberfläche präziser und genauer steuern.

Laut den Forschern könnte diese Methode von Chirurgen verwendet werden, um ungewollte Verletzungen zu reduzieren, die während roboterassistierter Operationen auftreten.

Hangye Park ist Assistant Professor im Department of Electrical and Computer Engineering.

“Eine der Herausforderungen bei Roboterfingern ist es, sicherzustellen, dass sie präzise genug gesteuert werden können, um sanft auf biologische Gewebe zu landen”, sagte Park. “Mit unserem Design können Chirurgen eine intuitive Vorstellung davon bekommen, wie weit ihre Roboterfinger vom Kontakt entfernt sind, eine Information, die sie dann verwenden können, um fragile Strukturen mit der richtigen Kraft zu berühren.”

Chirurgen verwenden roboterassistierte chirurgische Systeme oder teleskopische chirurgische Systeme als physische Erweiterung ihrer selbst. Die Chirurgen steuern dann Roboterfinger mit Bewegungen ihrer eigenen Finger, was es ermöglicht, komplizierte Eingriffe auf entfernte Weise durchzuführen. Dies ermöglicht es Chirurgen, mehr Patienten für die medizinische Versorgung zu übernehmen, und aufgrund der kleinen Größe der Roboterfinger können kleinere Schnitte durchgeführt werden. Mit dieser Technologie müssen Chirurgen keine großen Schnitte vornehmen, die oft erforderlich sind, um die Hände des Chirurgen im Körper des Patienten unterzubringen.

Eine der wichtigsten Aspekte der präzisen Steuerung von Roboterfingern ist die Verwendung von Live-Streaming von visuellen Informationen, die von Kameras stammen, die an teleskopischen Armen angebracht sind. Dies erfordert, dass die Chirurgen Monitore beobachten, um ihre Fingerbewegungen mit den Bewegungen der Roboterfinger zu synchronisieren. Dies hilft ihnen, zu lokalisieren, wo ihre Roboterfinger sind und wie nah sie sich gegenseitig befinden.

Laut Park ist visuelle Information allein nicht ausreichend, um feine Fingerbewegungen zu steuern, was extrem wichtig ist, wenn die Finger in der Nähe des Gehirns und anderer empfindlicher Gewebe operieren.

“Chirurgen können nur indirekt wissen, wie weit ihre eigenen Finger voneinander entfernt sind, nämlich indem sie sehen, wo ihre Roboterfinger relativ zueinander auf einem Monitor sind”, sagte Park. “Diese indirekte Sicht reduziert ihr Gefühl dafür, wie weit ihre eigenen Finger voneinander entfernt sind, was wiederum ihre Fähigkeit beeinträchtigt, ihre Roboterfinger zu steuern.”

Handschuh mit Stimulationssonden

Um diese Herausforderung zu überwinden, entwickelte das Team der Forscher eine alternative Methode, um Entfernungsinformationen zu liefern, die unabhängig von visuellem Feedback ist. Sie verwenden Handschuhe mit Stimulationssonden, die unterschiedliche Frequenzen von elektrischen Strömen auf die Fingerkuppen übertragen. Durch diese Methode konnten Benutzer trainiert werden, die Frequenz der Stromimpulse mit der Entfernung in Verbindung zu bringen, sodass die Frequenz der Impulse zunimmt, wenn ein Testobjekt näher kommt.

Die Technologie war spezifisch für die Empfindlichkeit des Benutzers gegenüber Frequenzen von elektrischen Strömen. Dies bedeutet, dass im Falle eines Benutzers, der gegenüber einem breiteren Frequenzbereich von elektrischen Strömen empfindlich ist, die Entfernungsinformation mit einer geringeren Zunahme der Ströme geliefert wurde.

Laut den Forschern konnten die Benutzer, die elektrische Impulse erhielten, ihre Kraft des Kontakts um etwa 70% reduzieren und hatten ein erhöhtes Bewusstsein für die Nähe zu unterliegenden Oberflächen. Eine der wichtigsten Beobachtungen war, dass die durch milde elektrische Impulse gelieferte Entfernungsinformation etwa drei Mal effektiver war als nur visuelle Information.

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Laut Park könnten die neuen Entwicklungen die Manövrierfähigkeit während der Operation erheblich verbessern und gleichzeitig ungewollten Gewebeschaden minimieren.

“Unser Ziel war es, eine Lösung zu entwickeln, die die Genauigkeit der Entfernungsabschätzung verbessern würde, ohne die Belastung des aktiven Denkens für diese Aufgabe zu erhöhen”, sagte er. “Wenn unsere Technik für den Einsatz in chirurgischen Einrichtungen bereit ist, können Ärzte intuitiv wissen, wie weit ihre Roboterfinger von unterliegenden Strukturen entfernt sind, was bedeutet, dass sie ihre aktive Konzentration auf die Optimierung des chirurgischen Ergebnisses ihrer Patienten richten können.”