Les électrodes de stimulation sur un gant fournissent des informations de distance afin que l

La technique de chirurgie assistée par robot améliore les performances tactiles

S’il est vrai que la soi-disant main ferme du chirurgien est surfaite, les chirurgiens et les patients peuvent se consoler dans les systèmes robotiques conçus pour étendre la capacité d’un être humain à effectuer procédures avec haute précision d’une manière mini-invasive.

Une nouvelle technique développée par des chercheurs de la Texas A&M University démontrent qu’il est possible de minimiser les erreurs lorsque de petits bourdonnements perceptibles de courants électriques sont délivrés au bout des doigts du chirurgien. Les courants fournissent une perception précise de la distance au contact et permettent aux utilisateurs de contrôler leurs doigts robotiques avec plus de précision lorsqu’ils ciblent des surfaces fragiles.

Au bout des doigts

Les systèmes chirurgicaux télérobotiques sont des extensions physiques d’un chirurgien. Rles effecteurs d’extrémité obotiques, ou pinces ressemblant à des doigts humains, sont l’interface directe entre le robot et la pièce qu’il manipule. Les pinces sont conçues comme une extension du bout des doigts des téléopérateurs, de sorte qu’elles améliorent l’intuitivité et la précision du contrôle. En contrôlant les doigts robotiques avec les mouvements de leurs propres doigts, les chirurgiens peuvent effectuer des procédures complexes à distance.

Dans une démonstration vidéo, Hangue Park, professeur adjoint au Département de génie électrique et informatique du Texas A&M, a comparé le défi d’effectuer une intervention chirurgicale à l’aide d’un système télérobotique à enfiler une aiguille tout en regardant les mains réfléchies dans un miroir. Bien que cela soit possible, a reconnu Park, il est beaucoup plus difficile à réaliser. Les chirurgiens regardent un moniteur pour faire correspondre leurs propres mouvements des doigts avec ceux du robot. Mais ils sont incapables de dire la distance précise de leur point de contact, ce qui ne peut être vérifié qu’en gros grâce à un retour visuel.

Les électrodes de stimulation sur un gant fournissent des informations de distance afin que l’utilisateur puisse toucher un objet de test avec juste la bonne quantité de force.Texas A&M University College of Engineering

«Grâce à notre conception, les chirurgiens pourront avoir une idée intuitive de la distance entre leurs doigts robotiques et les informations qu’ils peuvent ensuite utiliser pour toucher des structures fragiles avec juste la bonne force», a déclaré Park.

Cependant, les informations visuelles ne suffisent pas à guider les mouvements fins des doigts, un aspect critique lorsque les doigts sont à proximité du cerveau ou d’autres tissus délicats.

«Les chirurgiens ne peuvent savoir que la distance qui sépare leurs doigts réels les uns des autres, c’est indirectement, c’est-à-dire en regardant où leurs doigts robotiques sont les uns par rapport aux autres sur un moniteur», a déclaré Park. « Cette vue détournée diminue leur sentiment de la distance à laquelle leurs doigts réels sont éloignés les uns des autres, ce qui affecte ensuite la façon dont ils contrôlent leurs doigts robotiques. »

Park et son équipe ont proposé une autre façon de fournir des informations sur la distance qui est également indépendante de la rétroaction visuelle. En passant différentes fréquences de courants électriques sur le bout des doigts, ils ont pu former les utilisateurs à associer la fréquence de la sensation de pulsation à la distance. L’augmentation du courant indique qu’ils réduisent la distance entre les doigts et la zone cible. Les chercheurs ont comparé les performances des utilisateurs recevant une stimulation actuelle avec les informations visuelles des moniteurs à ceux qui ont reçu une stimulation visuelle seule.

De plus, les chercheurs ont calibré leur technologie en fonction de la sensibilité de l’utilisateur aux fréquences de courant électrique. Si un utilisateur était sensible à une gamme plus large de fréquences de courant, ont-ils noté, les informations de distance étaient fournies avec de plus petits incréments de courants croissants pour maximiser la précision de l’estimation de proximité.

Résultats

La recherche, rapportée dans le journal Rapports scientifiques, ont montré que les téléopérateurs recevant des impulsions électriques étaient plus conscients de la proximité des surfaces sous-jacentes et pouvaient réduire leur force de contact d’environ 70%. Dans l’ensemble, ils ont obtenu de bien meilleurs résultats que le groupe qui n’était pas équipé de la technologie.

Les informations de proximité fournies par des impulsions électriques douces étaient environ trois fois plus efficaces que les informations visuelles seules, ont noté les chercheurs. Ils ont également constaté que ni l’ajout de la sensation de proximité ni l’aide visuelle n’augmentaient le temps d’approche.

Applications utiles

Park a déclaré que l’approche a le potentiel d’augmenter considérablement la maniabilité pendant la chirurgie tout en minimisant les risques de lésions tissulaires involontaires. La technique ajouterait peu à la charge mentale existante des chirurgiens pendant les procédures opératoires.

« Lorsque notre technique sera prête à être utilisée en milieu chirurgical, les médecins pourront intuitivement savoir à quelle distance leurs doigts robotiques se trouvent des structures sous-jacentes, ce qui signifie qu’ils peuvent continuer à se concentrer activement sur l’optimisation des résultats chirurgicaux de leurs patients », a déclaré Park. .

Outre la chirurgie, d’autres applications nécessitant une précision de contrôle et une délicatesse élevées, telles que les missions de sauvetage ou la maintenance à distance de structures dans des environnements difficiles (spatiaux et sous-marins), pourraient également bénéficier du nouveau système télérobotique.

En savoir plus sur les systèmes robotiques de Texas A&M dans le clip ci-dessous (crédit vidéo: Dharmesh Patel / Texas A&M Engineering).


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