به نقل از «ایسنا»

ساخت ربات هپتیکی برای جراحی مغز در دانشگاه تربیت مدرس

تاریخ انتشار: ۲۲ آبان ۱۳۹۷ | کد خبر: ۲۱۵۰۹۹۶۴

پژوهشگران گروه طراحی کاربردی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس طی یک تحقیق موفق به تحلیل، طراحی و کنترل یک ربات هپتیکی (با 6 درجه آزادی و بهینه‌سازی فضای کاری) برای استفاده در جراحی کرانیوتومی شدند.

به گزارش ایسنا، محمدرضا دهقانی، مجری این طرح تحقیقاتی در خصوص اهمیت استفاده از سیستم‌های رباتیک در جراحی، گفت: استفاده از سیستم‌های رباتیک در جراحی به دلیل خصوصیاتی همچون دقت بالا، خستگی‌ناپذیری و عدم اشتباه روز به روز رو به افزایش است.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

به طور ویژه، این سیستم‌ها در جراحی بر روی بافت استخوانی به دلیل ثابت بودن و عدم تغییر شکل و امکان برنامه‌ریزی پیش از عمل مناسب هستند.

وی افزود: برش تکه‌ای از استخوان جمجمه مرحله‌ای اجتناب‌ناپذیر در جراحی‌های باز مغز و اعصاب است که بسیار وقت‌گیر و خسته‌کننده است. اعمال نیروهای بزرگ با دقت بالا انرژی زیادی از جراح مصرف می‌کند که باعث می‌شود در مرحله بعد که دست‌کاری بافت حساس مغزی است، خطای احتمالی جراح افزایش یابد. با این وجود سیستم‌های رباتیک با توانایی برش و سوراخ‌کاری جمجمه برای جراحی‌های مغز و اعصاب در مرحله تحقیقاتی به سر می‌برند.

دهقانی در تشریح پروژه تحقیقاتی خود اظهار کرد: در این تحقیق با بررسی نیازمندی‌های جراحی‌های روی جمجمه، انتظارات جراحان از یک سیستم رباتیک مد نظر قرار داده شد و بر اساس آن طراحی ربات جراحی بر روی جمجمه با هدف کاهش بار کاری جراح انجام گرفت. ربات طراحی شده دارای سه درجه آزادی فعال برای کنترل ابزار و چهار درجه آزادی غیر فعال برای تنظیم موقعیت و راستای قسمت فعال نسبت به جمجمه بیمار است.

دانش‌آموخته دانشگاه تربیت مدرس اضافه کرد: در مراحل بهینه‌سازی مکانیزم فعال، مدل سه‌بعدی از جمجمه و تکه‌های استخوان بریده شده در جراحی‌های مختلف تهیه شد. فضای کاری هدف استخراج شده به همراه پارامترهای سینماتیکی مناسب برای امتیازدهی به طراحی‌های مختلف و انتخاب طراحی بهینه استفاده شد. مکانیزم موازی انتخاب شده از خواص مرکز آنی دوران خارجی بهره می‌برد. با قرار دادن مرکز آنی دوران مکانیزم بر روی کره محیطی به تکه استخوان، ابزار تقریبا همواره بر سطح استخوان عمود باقی می‌ماند. معادلات سینماتیک و ماتریس ژاکوبی ربات به صورت تحلیلی استخراج و توسط شبیه‌سازی نرم‌افزاری صحه‌گذاری شدند. با انجام طراحی جزئی و تحلیل نیرویی، عملگرهای مناسب از موتورهای متناوب سرو و برای این سیستم انتخاب شدند.

دهقانی ادامه داد: یک ربات نمونه از سیستم طراحی شده از جنس آلومینیوم ساخته شد. در فرآیند راه‌اندازی، عملکرد روش‌های مختلف ارتباط با سروودرایوها آزمایش شد و ترکیبی از آنها برای دستیابی به قابلیت اطمینان و سرعت بالا استفاده شد. جهت ارزیابی صحت طراحی و کیفیت ساخت ربات، دو آزمایشِ فضای کاری قابل دسترس و توانایی اعمال نیرو انجام شد.

وی تشریح کرد: در آزمایش اول بازوهای ربات در بازه حرکتی خود با فواصل 10 درجه حرکت داده شدند و در هر نقطه با استفاده از دوربین توتال استیشن موقعیت کارگیر با دقت 0.1 میلی متر ثبت شد. نقاط اندازه گیری شده کل فضای کاری هدف ربات را که با توجه به نیاز جراحی کرینیوتومی مخروطی با زاویه راس 40 درجه است، به خوبی پوشش دادند. علاوه بر آن مشاهده شد که فضای کاری قابل دسترس ربات تنها کمی بزرگتر از فضای کاری هدف بود و این نشان‌دهنده بهینه سازی مناسب پارامترها برای دستیابی به کوچک‌ترین ابعاد ممکن در کنار دسترسی به فضای هدف است.

دهقانی افزود: در آزمایش دوم با نصب یک حسگر نیروی 6 درجه آزادی نیرو و گشتاور نوک کارگیر اندازه‌گیری شد. نتایج نشان می‌دهد که ربات توانایی اعمال نیروی مورد نیاز برای برش و سوراخ‌کاری را دارد. قبل از پیاده‌سازی هرگونه کنترل، برای افزایش دقت ربات، معادلات سینماتیک با روش مبتنی بر مدل و بهینه‌سازی لونبرگ-مارکواریت کالیبره شدند.

مجری طرح در پایان تصریح کرد: یکی از اهداف سیستم رباتیک کاهش بار کاری جراح است که در این راستا الگوریتم کنترلی برای جبران وزن بازوها و ابزار پیاده‌سازی شد. با اندازه‌گیری نیروی دست جراح نشان دادیم که در حرکت آزاد ابزار در فضای کاری ربات به دست جراح نیروی ناچیزی وارد می‌شود و نیروی گرانش جبران‌سازی شده است. یکی دیگر از توانایی‌های در نظر گرفته شده برای این سیستم رباتیک ایجاد دیواره مجازی در فضای کاری است که جلوی نفوذ ابزار و صدمه به بافت نرم زیر استخوان جمجمه را بگیرد. نتایج نشان می‌دهد که در برخورد نوک ابزار با دیواره حداکثر نیروی موتور به دست جراح وارد شده و کنترلر به خوبی از نفوذ ابزار به ناحیه غیرمجاز ممانعت کرد.

بر اساس اعلام روابط عمومی دانشگاه تربیت مدرس، این پژوهش با راهنمایی دکتر مجید محمدی مقدم عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی مکانیک انجام شده است.

انتهای پیام

منبع: ایسنا

کلیدواژه: دانشگاه تربيت مدرس ربات ربات جراح

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۲۱۵۰۹۹۶۴ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

رونمایی نخستین «موتور ۶ سیلندر بنزینی» ایران‌ساخت

به گزارش «تابناک» به نقل از مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری، روح الله دهقانی در مراسم رونمایی از موتور ۶ سیلندر بنزینی در پژوهشگاه شهید رضایی دانشگاه صنعتی شریف، با اشاره به توانمندی دانش‌بنیان‌ها در طراحی، تولید و بهینه‌سازی قوای محرکه عنوان کرد: قوای محرکه در حجم بالا با سوخت بنزین، یکی از انواع قوای محرکه است که در بسیاری انواع خودروها، متناسب با نیاز صنایع راهبردی کشور کاربرد دارد. این یک نیاز کاملاً راهبردی است که کشور اهمیت آن را دریافته و شرکت‌های مختلف در مسیر بومی سازی و تولید آن گام برداشته‌اند.

وی افزود: یک شرکت دانش‌بنیان توانمند متشکل از چند متخصص و عضو هیات علمی برترین دانشگاه‌های ایران و سراسر جهان در مسیر بومی سازی این موتور گام برداشته و امروز به موفقیتی چشمگیر دست یافته‌اند. بالغ بر ۴۰ نفر از برجسته‌ترین دانشگاهیان مطرح در عرصه ملی و بین‌المللی، با طرح‌ریزی یک برنامه عمیق چهار ساله در مسیر اکتساب فناوری‌های یکی از شناخته‌شده‌ترین و پرکاربردترین موتورهای ۶ سیلندر گام برداشته و موفق شدند نمونه بومی‌سازی شده این موتور را با کیفیتی بالا و منطبق با روزآمدترین استانداردها، طراحی، تولید و آزمون کنند.

دهقانی مهم‌ترین دستاورد شرکت‌های دانش‌بنیان را اثبات توانمندی کشور در توسعه فناوری ساخت انواع قوای محرکه متناسب با نیاز کشور و امکان توسعه و بهینه‌سازی آن‌ها دانست و افزود: امروز توانمندی تولید موتور ۶ سیلندر بنزینی خورجینی با حجم ۴ هزار سی‌سی که موتوری راهبردی بوده و دارای کاربری‌های متنوع صنعتی، تفریحی و نظامی است، در این مجموعه دانش‌بنیان به اثبات رسید. این جریان قوی که در این شرکت و سایر شرکت‌های دانش‌بنیان به راه‌ افتاده، باید با قوت ادامه پیدا کند و به زودی تولید انبوه و استفاده از این تولیدات را در کاربری‌های خاص خود نظاره‌گر باشیم.

رئیس بنیاد ملی نخبگان با اشاره به این‌که فناوری‌های موتور، جزو راهبردی‌ترین و کلیدی‌ترین دانش‌ها و فناوری‌ها جای دارند و سرریز این فناوری‌ها می‌تواند به توسعه و ساخت محصولات دیگری منجر شود، ادامه داد: وقتی یک شرکت از توانمندی طراحی، ساخت و ارتقای قوای محرکه‌ای با این حجم، کیفیت و سطح استاندارد برخوردار است، در واقع به سرمایه ارزشمند دانش فنی دست یافته که به مراتب از خود محصول یادشده ارزشمندتر است و قابلیت تسری به دیگر بخش‌های صنعت خودروسازی را دارد و می‌تواند زمینه‌ساز تولید و توسعه محصولات ارزشمند دیگری شود.

دهقانی به حمایت جدی معاونت علمی از کسب دانش فنی و تولید محصولات فناورانه حوزه حمل و نقل و به طور خاص ساخت انواع قوای محرکه، اشاره کرد و ادامه داد: معاونت علمی به عنوان پشتوانه اصلی این شرکت، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه را بر عهده گرفته و در دیگر حمایت‌ها که از جنس دانشی است مانند دسترسی به فناوری‌های خاص دنیا، همراه این مجموعه دانش‌بنیان بوده است.

بر اساس این خبر، پژوهشکده فناوری‌های راهبردی شهید رضایی دانشگاه صنعتی شریف که در زمینه پژوهش‌ها و کسب دانش فنی، ارتباط میان صنعت و دانشگاه و بومی‌سازی فناوری‌های کلیدی و راهبردی فعالیت دارد، طراحی و تولید موتور ۶ سیلندر بنزینی را با توجه به نیاز صنایع کشور آغاز کرد.

به طور میانگین نیاز بخش دفاعی کشور به این قوای محرکه حدود ۱۰ هزار خودرو ‌است و با در نظر گرفتن نیاز سایر حوزه‌ها این ظرفیت به ۳۰ هزار عدد نیز می‌رسد و پژوهشگاه شهید رضایی با ورود به توسعه دانش فنی بومی قوای محرکه، مطالعه و کار بر روی خودروهای تاکتیکی و آفرود را آغاز کرد.

در این پروژه، ضمن الگوبرداری از بیش از ۱۳۰ موتور بنزینی، دستاورد ۱۳ سازنده نامی موتور در سطح جهانی بررسی و مطالعه و در نهایت موتور مبنای ۴ هزار سی‌سی ۶ سیلندر، برای بومی سازی انتخاب و پس از یک کار تحقیقاتی و فناورانه چهار ساله، نخستین نمونه از این موتور با رویکرد اثبات توانمندی تولید داخل طراحی و ساخته شد.

متخصصان در این پروژه موفق شدند به ۴۵ درصد دانش فنی بومی ساخت موتور دست پیدا کنند و ۱۰ بخش اصلی موتور با موفقیت کامل مهندسی معکوس شد. از اقدامات صورت گرفته توسط تیم تحقیقاتی و فناور پروژه موتور ۶ سیلندر بنزینی خورجینی می‌توان به طراحی و ساخت قطعات با دقت ۹ میکرون، شبیه سازی، طراحی سیستم راهگاهی و قالب های بلوک چدنی، طراحی ساخت محور بلوک موتور، ساخت بلوک آلومینیومی موتور خورجینی برای اولین بار در کشور، ساخت میل لنگ موتور خورجینی با استحکام تسلیم ۸۰۰ مگاپاسکال، ساخت میل بادامک موتور خورجینی و ساخت شاتون موتور خورجینی با یکی از بهترین انواع مواد اولیه و مبتنی بر دانش روزآمد متالورژی اشاره کرد.