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Un sistema ‘camaleónico’ que sirve de banco de pruebas para diseñar robots

Fuente: Carolina Moya / Fundación Descubre


10 de diciembre de 2015
El investigador Jesús Manuel Gómez de Gabriel, de la Universidad de Málaga, junto al simulador

El investigador Jesús Manuel Gómez de Gabriel, de la Universidad de Málaga, junto al simulador

Investigadores de la Universidad de Málaga diseñan un método con el que probar diferentes plataformas robóticas antes de construirlas. El sistema consiste en un brazo articulado al que se programan diferentes combinaciones en articulaciones o sensores. De esta forma, se convierte en un banco de pruebas para elegir las características más adecuadas a cada operación quirúrgica antes de materializar un prototipo robótico real.

Según comentan los expertos, el diseño de instrumentos quirúrgicos para la cirugía mínimamente invasiva asistida por robot se enfrenta a varios obstáculos debido a las limitaciones sobre el número y tipo de sensores, ya que inciden en las dimensiones del producto final. “Cantidad no es sinónimo de más efectividad. Cada sensor implica más tamaño y coste. Por tanto, suponen un criterio de optimización muy importante a la hora de diseñar un robot. De ahí que haya que acometer estudios previos para evaluar cuántos sensores requiere cada prototipo”, precisa a la Fundación Descubre Jesús Manuel Gómez de Gabriel, investigador de la Universidad de Málaga.

Los expertos han construido un robot genérico al que se le añade un programa que recrea las limitaciones de los prototipos que se quieran probar. “Podríamos decir que es una plataforma ‘camaleónica’, ya que puede comportarse como otros robots y simular sus limitaciones si las programamos. Así, podemos comprobar si con menos articulaciones, sensores y características se obtienen unos resultados similares”, detalla.

La novedad del método es la aplicación de una nueva forma de simulación donde se combina un prototipo real de robot y un programa virtual para conseguir que las pruebas de los cirujanos se ajusten a las condiciones reales. “La principal ventaja del sistema es la interacción de lo físico y lo virtual. La simulación de los tejidos del paciente se recrea con la fuerza que ejercen los sensores sobre el brazo robótico. Así se emulan las condiciones del cirujano durante la operación”, explica.

Un robot que pellizca

Esta plataforma se ha aplicado a la evaluación de los prototipos de una pinza de dos dedos para la detección de un bulto pellizcando en remoto. Los instrumentos robóticos que se utilizan en una cirugía se manejan una palanca de mando que dirige el brazo articulado. En este proceso, los cirujanos no manipulan directamente los tejidos y, por tanto, los dispositivos necesitan reproducir las fuerzas encontradas durante el contacto, que se pueden medir y le proporcionan, con el sentido del tacto, la información útil en la intervención.

Pruebas de simulación

Pruebas de simulación

Para ello, los investigadores de la Universidad de Málaga y de la Universidad de Reading (Reino Unido) han utilizado un conjunto de cinco prototipos virtuales de la pinza robótica con variaciones en las configuraciones sensoriales conseguidas con diferente número de sensores de fuerza. “Hemos acometido medidas cuantitativas y cualitativas en experimentos clínicos con 23 voluntarios”, detalla.

El análisis de los datos objetivos obtenidos ayudó a los investigadores a encontrar un diseño óptimo en términos de reducción de diagnóstico de error, el número de sensores físicos necesarios, así como la confianza del usuario. En este sentido, los resultados del estudio ‘Evaluation of Sensor Configurations for Robotic Surgical Instruments’, publicado en la revista Sensors, apuntan que un menor número de sensores de fuerza en el instrumento quirúrgico asegura la facilidad de uso del dispositivo.

En este trabajo se describe un enfoque basado en prototipos virtuales, para la evaluación de diferentes configuraciones de sensor de un instrumento quirúrgico. Sin embargo, el sistema de creación de simuladores no sólo se aplica en el campo de la telepresencia en la cirugía, también puede extenderse a otras áreas de utilización de robot como la agricultura o la industria.

Plataforma adaptable

Pruebas de simulación

Pruebas de simulación

El desarrollo del método de prototipado es fruto de la colaboración entre las universidades de Málaga y Reading. El proceso comentó con la construcción de un robot. Sin embargo, los expertos se percataron de que sería difícil construir un brazo robótico por cada tipo de situación. Por tanto, diseñaron uno genérico, al que se le programaban distintas funciones mediante un software. “Esta solución resulta más barata y no tiene tantas limitaciones, ya que puedes ajustar el prototipo a las tareas que desarrolla. Es como un camaleón, que se ajusta a las circunstancias, reprogramándolo”, ejemplifica.

Referencia:

Jesús M. Gómez-de-Gabriel, William Harwin. ‘Evaluation of Sensor Configurations for Robotic Surgical Instruments’, Sensors

Imágenes.

El investigador Jesús Manuel Gómez de Gabriel, de la Universidad de Málaga, junto al simulador

https://www.flickr.com/photos/fundaciondescubre/23280454299/in/dateposted-public/

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Pruebas de simulación

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