Các hệ thống robot ngày càng trở nên tinh vi trong những thập kỷ qua, cải thiện cả về độ chính xác và khả năng. Điều này đang dần tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa một phần một số quy trình phẫu thuật và y tế.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Thanh Hoa gần đây đã phát triển được một xúc tu robot mềm có tiềm năng cải thiện hiệu quả của một số quy trình y tế tiêu chuẩn.

Xúc tu này, được giới thiệu trong IEEE Transactions on Robotics, được điều khiển thông qua thuật toán điều khiển mới của họ, cùng với thiết bị làm mát tích cực cho hợp kim ghi nhớ hình dạng, ứng cử viên truyền động cho rô-bốt.

Trao đổi với Tech Xplore, Huichan Zhao, thành viên thực hiện nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi phát triển xúc tu robot mềm này xuất phát từ những yêu cầu của một bác sĩ giải phẫu thần kinh. Có một hôm, ông ấy đã đến phòng thí nghiệm của chúng tôi và hỏi về khả năng phát triển một ống thông mềm, có thể điều khiển được để hỗ trợ ông ấy trong các ca phẫu thuật thần kinh. Ông ấy muốn ống thông mềm này cực kỳ an toàn với môi trường xung quanh và có thể uốn cong theo các hướng khác nhau bằng bộ điều khiển từ xa".

Nguyên mẫu ban đầu của xúc tu robot do Zhao và các đồng nghiệp tạo ra có hai hạn chế chính. Đầu tiên là nó di chuyển quá chậm và thứ hai là các chuyển động của nó rất khó kiểm soát, đặc biệt là khi có các nhiễu loạn bên ngoài biết trước hoặc chưa biết.

Để khắc phục những hạn chế này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra bộ điều khiển "kênh đôi đa đầu vào đa đầu ra" dựa trên hai chiến lược điều khiển tương ứng cho chuyển động uốn và xoay, cũng như chiến lược làm mát tích cực cho vật liệu SMA, cho phép họ kiểm soát tốt hơn các chuyển động của robot. Mục tiêu chính của bộ điều khiển này là để tăng tốc độ hoạt động của xúc tu rô bốt và cải thiện khả năng điều khiển của nó, tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai nó trong thế giới thực.

Cùng trao đổi với Tech Xplore, Xin An, cũng là thành viên thực hiện nghiên cứu, cho biết: “Xúc tu của chúng tôi được kích hoạt bởi ba lò xo hợp kim ghi nhớ hình dạng làm nóng/làm mát (SMA). Các lò xo SMA này sẽ co lại/dài ra khi được làm nóng/làm mát tương ứng, do đó, sẽ khiến xúc tu uốn cong theo các hướng khác nhau với nhiều góc độ khác nhau. Chúng tôi đã gắn một số máy ảnh và điểm đánh dấu cố định trên xúc tu rô-bốt để quan sát trạng thái uốn theo thời gian thực của xúc tu rô bốt và bộ điều khiển phản hồi ra lệnh cho SMA và điều khiển xúc tu biến dạng theo hướng và góc uốn mong muốn”.

Lò xo SMA điều khiển xúc tu rô-bốt của nhóm có mật độ năng lượng cao. Vì thế, xúc tu dễ điều chỉnh và nhỏ gọn, có thể phù hợp hơn với một số ứng dụng y tế.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống của họ trong một loạt thí nghiệm, trong đó họ điều khiển hệ thống từ xa để quét hình ảnh của một căn phòng thông qua một camera tích hợp. Họ thấy rằng nó đạt được những kết quả rất hứa hẹn, vì nó có thể thực hiện các chuyển động uốn cong khác nhau một cách hiệu quả và nhanh chóng.

Zhao giải thích: “Xúc tu robot đã được kích hoạt thành công bằng vật liệu thông minh và tạo thành một bộ điều khiển khá mềm, khéo léo và có thể điều khiển được. Điều này có nghĩa là trong tương lai, chúng ta có thể chế tạo được những cánh tay robot, ống thông hoặc ống nội soi bằng vật liệu mềm với hiệu suất tương tự”.

Mặc dù mới chỉ thử nghiệm xúc tu rô-bốt này trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ thử nghiệm nó trong môi trường lâm sàng để thực hiện các ca phẫu thuật thực sự. Hiện nhóm nghiên cứu đang làm việc thêm để có thể cải thiện hơn nữa khả năng truyền động, cảm biến và kiểm soát của hệ thống, để đảm bảo rằng hệ thống có thể hỗ trợ bác sĩ phẫu thuật thực hiện kiểm tra bên trong mà không gây hại cho cơ thể bệnh nhân.

P.T.T (NASATI), theo https://techxplore.com/news/2023-02-soft-robotic-tentacle-cooling.html, 10/2/2023