Um tentáculo robótico macio controlado por resfriamento ativo

Os sistemas robóticos tornaram-se cada vez mais sofisticados nas últimas décadas, melhorando tanto em termos de precisão quanto de capacidades. Isso está facilitando gradativamente a automatização parcial de alguns procedimentos cirúrgicos e médicos.

Pesquisadores da Universidade de Tsinghua desenvolveram recentemente um tentáculo robótico macio que poderia ser usado para melhorar a eficiência de alguns procedimentos médicos padrão. Este tentáculo, introduzido em Transações IEEE em Robóticaé controlado por meio de seu novo algoritmo de controle, juntamente com o chamado resfriamento ativo para liga com memória de forma, o candidato a atuação para o robô.

“Um dia, um médico neurocirurgião veio ao nosso laboratório e perguntou sobre a possibilidade de desenvolver um cateter macio e controlável para auxiliá-lo em suas neurocirurgias”, disse Huichan Zhao, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Tech Xplore. “Ele gostaria que este cateter macio fosse extremamente seguro para o ambiente e pudesse se curvar em diferentes direções por um controle remoto. Partindo desses requisitos, desenvolvemos um tentáculo robótico macio.”

O protótipo inicial do tentáculo robótico criado por Zhao e seus colegas tinha duas limitações principais. A primeira é que ele se movia muito lentamente e a segunda que seus movimentos eram difíceis de controlar, particularmente na presença de perturbações externas conhecidas ou desconhecidas.

Para superar essas limitações, os pesquisadores criaram um controlador “multi-entrada-multi-saída dual-channel” baseado em duas estratégias de controle para movimento de dobra e giro, respectivamente, bem como a estratégia de resfriamento ativo para materiais SMA, o que lhes permitiria para controlar melhor os movimentos de seus robôs. O principal objetivo deste controlador é acelerar a velocidade de atuação do tentáculo robótico e melhorar sua controlabilidade, pois isso poderia, por sua vez, facilitar sua implementação no mundo real.

“Nosso tentáculo é acionado pelo aquecimento/resfriamento de três molas de liga com memória de forma (SMA)”, disse Xin An, outro pesquisador que realizou o estudo, ao Tech Xplore. “Essas molas SMA iriam encolher/alongar após o aquecimento/resfriamento, respectivamente, levando o tentáculo a dobrar em diferentes direções com vários ângulos. Usamos algumas câmeras e marcadores fixados no tentáculo robótico para encontrar os estados de dobra em tempo real do tentáculo e um controlador de feedback para dar comandos aos SMAs e direcionar o tentáculo para se deformar na direção desejada e no ângulo de dobra.”

As molas SMA que controlam o tentáculo robótico da equipe têm alta densidade de energia. Como resultado, o tentáculo também pode ser adaptado para ser leve e compacto, o que pode ser mais adequado para algumas aplicações médicas.

Os pesquisadores testaram seu sistema em uma série de experimentos, onde o controlaram remotamente para digitalizar imagens de uma sala por meio de uma câmera integrada. Eles descobriram que ele alcançou resultados muito promissores, pois poderia realizar diferentes movimentos de dobra de forma eficaz e rápida.

“O tentáculo robótico foi acionado com sucesso por materiais inteligentes e formou um manipulador bastante macio, hábil e controlável”, explicou Zhao. “Isso significa que, no futuro, poderíamos construir um braço robótico, cateter ou endoscópio usando materiais macios com desempenhos semelhantes aos obtidos por seus equivalentes rígidos”.

Enquanto os pesquisadores até agora só testaram seu tentáculo robótico em seu laboratório, eles também esperam testá-lo em ambientes clínicos, usando-o para realizar cirurgias reais. Para fazer isso, eles agora estão trabalhando para melhorar ainda mais as capacidades de atuação, detecção e controle de seu sistema, para garantir que ele possa ajudar os cirurgiões a realizar inspeções internas sem prejudicar o corpo do paciente.

“Agora esperamos integrar sensores a bordo para obter a postura/forma em tempo real de nosso tentáculo robótico”, acrescentou An. “Inertial Measure Unit (IMU) e Fibber Bragg Gratings (FBG) são candidatos potenciais para nosso sistema de detecção. Se conseguirmos obter a postura/forma de nosso único módulo de tentáculo, podemos conectar vários segmentos de módulo em um manipulador macio mais longo com mais destreza .”

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