マルチモダル・ファイバー・ソマトセンサリー:光ファイバー"神経"が,マルチモダル・フィードバックを持つ連続体手術ロボットに力を与える
Tianliang Li1, Haotian Zhou1, Chen Zhao1
1School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan, China.
この研究では,連続体ロボットの光ファイバー神経を導入し,端末エフェクタで正確なマルチモデルの力感知と形状認識を可能にします. このイノベーションは,手術用ロボットの安全性と臨床アプリケーションの適応性を向上させます.
科学分野:
- ロボット工学と機械工学
- バイオメディカルエンジニアリング
- 光学センサー技術について
背景:
- 連続体ロボットは,特に最小侵襲的外科手術では,精密な操作のために高度なセンサーを必要とします.
- 既存の力感知方法には,繊細な外科的作業に必要な小型化とマルチモダルの能力が欠けていることが多い.
- センサーをロボットのエンドエフェクターに直接統合することは,リアルタイムフィードバックと制御に不可欠です.
研究 の 目的:
- 連続ロボットの多様式力検出のための新しい光ファイバーベースのセンサーシステムを開発し,検証する.
- 頑丈な梱包と校正を通じて,外科ロボットの臨床適応性と耐久性を向上させる.
- 遠隔操作中にリアルタイムでフォースフィードバックを提供することにより,外科の安全性とパフォーマンスを向上させる.
主な方法:
- 光ファイバー"神経"の開発で,ファブリー-ペロの穴と段階的なファイバーブラッグ格子を取り入れました.
- 耐久性および滅菌耐久性 (15サイクル) を高めるために,レーザーで溶接された包装.
- 高い力の測定精度を維持するためのインシット校正方法.
- フォースフィードバックによるマスター・スレーブ遠隔操作システムの実装.
主要な成果:
- 光ファイバーシステムは,マルチモダルの力 (絞り込み,3軸の手首,運転) をうまく感知し,形状認識を可能にしました.
- レーザーで溶接されたパッケージは,60日間にわたって<5%の誤差を維持し,滅菌に耐える堅固さを実証しました.
- 高力測定の精度は,死体の標本と生きた動物の実験で確認されました.
- フォース・フィードバックによる遠隔操作は,操作力を30%~40%削減し,手術の安全性を高めました.
結論:
- 提案されている光ファイバーセンシングシステムは,連続体ロボットにおける5mm未満のエンドエフェクター力センシングの実行可能なソリューションを提供します.
- 頑丈な包装と校正方法により,臨床適用性と長期的な信頼性が確保されています.
- この技術は,統合されたセンサー機能を持つよりスマートな外科器具の道を開き,外科的結果を改善します.
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