Forskere utvikler metode for å stabilisere robotfinger under kirurgi

Forskere ved Texas A&M University har utviklet en ny kirurgisk teknologi for å stabilisere robotarmer under kirurgi. Den nye studien ble publisert i tidsskriftet Scientific Reports.

Robotfinger som en utvidelse av kirurgen

Forskerlaget demonstrerte at brukerne kan ha en nøyaktig oppfatning av avstand til kontakt gjennom bruk av elektriske strømmer som sendes til fingeravtrykk. De elektriske strømmene forårsaker små, men merkbare vibrasjoner, og brukerne kan kontrollere robotfinger mer presist og nøyaktig når de opererer på skjøre overflater.

Ifølge forskerne kan metoden brukes av kirurger til å redusere utilsiktet skade, noe som skjer under robotassisterte operasjoner.

Hangye Park er en assistentprofessor i avdelingen for elektro- og datateknikk.

“En av utfordringene med robotfinger er å sikre at de kan kontrolleres presist nok til å lande mykt på biologisk vev,” sa Park. “Med vår design vil kirurger kunne få en intuitiv forståelse av hvor langt deres robotfinger er fra kontakt, informasjon de kan bruke til å berøre skjøre strukturer med nøyaktig nok kraft.”

Kirurger bruker robotassisterte kirurgiske systemer, eller telerobotsystemer, som fysiske utvidelser av seg selv. Kirurgene kontrollerer deretter robotfinger med bevegelser fra sine egne, noe som gjør det mulig å utføre kompliserte prosedyrer på avstand. Dette gjør det også mulig for kirurger å ta imot flere pasienter for medisinsk behandling, og på grunn av den lille størrelsen på robotfingerne kan mindre incisjoner utføres. Med teknologien trenger kirurger ikke å gjøre store incisjoner, som ofte er nødvendig for å romme kirurgens hender i pasientens kropp.

En av de viktigste aspektene ved å flytte robotfinger presist er bruken av sanntidsstrømming av visuell informasjon, som kommer fra kameraer som er plassert på telerobotsystemer. Dette krever at kirurger observerer skjermer for å matche fingerbevegelsene med telerobotsystemets bevegelser. Dette hjelper dem å finne hvor deres robotfinger er og hvor nærme de er hverandre.

Ifølge Park er visuell informasjon alene ikke nok til å guide fine fingerbevegelser, noe som er ekstremt viktig når fingerne opererer meget nær hjernen og andre skjøre vev.

“Kirurger kan bare vite hvor langt apart deres faktiske fingre er fra hverandre indirekte, det vil si ved å se hvor deres robotfinger er i forhold til hverandre på en skjerm,” sa Park. “Denne omveien minsker deres følelse av hvor langt apart deres faktiske fingre er fra hverandre, noe som deretter påvirker hvordan de kontrollerer deres robotfinger.”

Hanske med stimuleringssonder

For å overvinne denne utfordringen, utviklet forskerlaget en alternativ måte å levere avstandsinformasjon, som er uavhengig av visuell tilbakemelding. De gjør dette ved å bruke hansker med stimuleringssonder, som sender forskjellige frekvenser av elektriske strømmer til fingertupper. Ved å gjøre dette, kunne brukerne bli trent til å assosiere frekvensen av strømpulser med avstand, på en måte som øker i frekvens når et testobjekt kommer nærmere.

Teknologien var spesifikk for brukerens sensitivitet for elektriske strømfrekvenser. Dette betyr at i tilfelle en bruker var sensitiv for en bredere rekke av strømfrekvenser, ble avstandsinformasjonen levert med en mindre økning i strøm.

Ifølge forskerne var brukerne som mottok elektriske pulser i stand til å redusere kraften ved kontakt med omtrent 70%, og de hadde en økt bevissthet om nærheten til underliggende overflater. En av de avsluttende observasjonene var at nærhetsinformasjon som ble levert gjennom milde elektriske pulser var omtrent tre ganger mer effektivt enn bare visuell informasjon.

http://www.youtube.com/watch?v=5KRSRfeL_tE&feature=emb_title

Ifølge Park kan de nye utviklingene dramatisk øke manøvrerbarheten under kirurgi, samtidig som de minimerer utilsiktet vevskade.

“Vårt mål var å komme opp med en løsning som ville forbedre nøyaktigheten i nærhetsestimering uten å øke byrden av aktivt tenkning som er nødvendig for denne oppgaven,” sa han. “Når vår teknikk er klar for bruk i kirurgiske settinger, vil leger kunne intuitivt vite hvor langt deres robotfinger er fra underliggende strukturer, noe som betyr at de kan holde fokus på å optimalisere kirurgiske resultater for sine pasienter.”