工程师们为灵活的医疗机器人开发了低成本高精度的类似gps

互联网 2020-05-20 11:15:52

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的机器人专家开发了一种价格低廉、易于使用的系统,可以跟踪灵活的手术机器人在人体内部的位置。该系统的性能与当前最先进的方法一样好,但成本要低得多。目前的许多方法也需要暴露在辐射中,而这个系统不需要。

该系统是由加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院机械工程教授森本敏(Tania Morimoto)和机械工程博士生康纳·沃森(Connor Watson)开发的。他们的研究结果发表在2020年4月的《IEEE机器人和自动化通讯》上。

森本敏说:“Continuum医疗机器人在身体内部高度受限的环境下工作得非常好。”“它们天生就比死板的工具更安全、更顺从。”但要追踪它们在体内的位置和形状就变得困难得多。因此,如果我们能够更容易地追踪他们,这将对病人和医生都大有裨益。”

研究人员在一个灵活机器人的尖端嵌入了一块磁铁,可以用于身体内部的微妙部位,比如大脑中的动脉通道。沃森说:“我们研究的是一个正在成长的机器人,它是由非常薄的尼龙制成的,我们把它翻转过来,几乎像一只袜子,用液体加压,让机器人成长。”因为这种机器人很柔软,而且可以通过生长来移动,所以它对周围环境的影响很小,这使它成为医疗设备的理想选择。

然后,研究人员利用现有的磁铁定位方法(其工作原理与GPS非常类似),开发了一个可以预测机器人位置的计算机模型。GPS卫星追踪智能手机,并根据信号到达的时间长短,智能手机上的GPS接收器可以确定手机的位置。同样,研究人员也知道嵌入机器人的磁铁周围的磁场应该有多强。他们依靠四个传感器,这些传感器被小心地放置在机器人操作的区域周围,以测量磁场强度。根据磁场的强度,他们能够确定机器人的尖端在哪里。

整个系统,包括机器人、磁铁和磁铁定位装置,花费大约100美元。

森本和沃森更进一步。然后,他们训练一个神经网络来学习传感器读取的内容和模型认为传感器应该读取的内容之间的区别。因此,他们提高了定位精度来跟踪机器人的尖端。

“理想情况下,我们希望我们的定位工具可以帮助改善这些不断发展的机器人技术。我们想推进这项研究,这样我们就可以在临床环境中测试我们的系统,并最终将其应用于临床。”森本敏说。

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