Navegación endoluminal de baja carga con un microrrobot médico suave accionado magnéticamente

Área de la Ciencia:

• Robótica y Robótica Robótica y Robótica Robótica Robótica Robótica Robótica Robótica Robótica
• Ingeniería Biomédica Ingeniería Biomédica.
• Sistemas de control de los sistemas de control.

Sus antecedentes:

• Las intervenciones endoluminarias mínimamente invasivas requieren una navegación precisa en espacios confinados.
• La activación magnética es una tecnología clave para dirigir microrrobots blandos dentro de lumens.
• Limitar las fuerzas de contacto de la pared es crucial para la seguridad del paciente durante estos procedimientos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y evaluar un marco de control consciente de contacto para microrrobots blandos magnéticos.
• Para mejorar la precisión de la dirección y minimizar las cargas en las paredes durante la navegación endoluminal.
• Mejorar la seguridad y eficacia de las intervenciones microrrobóticas magnéticas.

Principales métodos:

• Se desarrolló un modelo dinámico, incorporando arrastre viscoso, fricción no lineal y contacto de pared viscoelástica.
• Una arquitectura de control de circuito cerrado combinó la estimación de estado basada en la visión con la inferencia de fuerza basada en el modelo.
• La orientación del imán se optimizó para regular el vector de fuerza y la fuerza de reacción normal.

Principales resultados:

• El control de fuerza más ángulo redujo el error de seguimiento de raíz media cuadrada en un 56% y el error de seguimiento de pico en un 45%.
• La fuerza de reacción normal de pico se atenuó en un 60% en comparación con el control no regulado por la fuerza.
• Las simulaciones de Monte Carlo confirmaron la robustez y la ventaja de rendimiento de los modos de control conscientes de contacto.

Conclusiones:

• La orientación del imán consciente de la fuerza es un parámetro de control crítico para una navegación endoluminal segura.
• La metodología de control desarrollada es transferible a futuras plataformas microrrobóticas magnéticas.
• La mejora del rendimiento de seguimiento no requiere un aumento de las fuerzas pico de contacto.