L'assignatura pretén introduir l'alumne en el camp de la robòtica mèdica, explorant els principis fonamentals i les aplicacions dels sistemes robòtics en l'àmbit de la salut i la tecnologia assistencial. Es busca proporcionar una comprensió de com la robòtica pot transformar la pràctica clínica, la cirurgia, la rehabilitació i la cura dels pacients.
El curs es centra en els conceptes essencials que sustenten la robòtica aplicada a la medicina. S'abordaran els fonaments de la robòtica, incloent-hi els diferents tipus de robots utilitzats en entorns clínics i assistencials, així com els seus components clau com sensors i actuadors adaptats a les interaccions segures amb humans.
Per reforçar l'aprenentatge i proporcionar experiència tangible, el curs inclourà sessions pràctiques de laboratori utilitzant un robot col·laboratiu UR3e d'Universal Robots, on els alumnes podran aplicar els conceptes de programació i control. S'aprofundirà en els aspectes específics del disseny i control de sistemes robòtics que han d'operar en contextos mèdics.
Finalment, s'analitzaran diverses aplicacions pràctiques i emergents, des de la cirurgia mínimament invasiva assistida per robot fins als sistemes de rehabilitació i els dispositius robòtics de suport a l'autonomia personal.
Professors Titulars
Per cursar aquesta assignatura amb èxit, és crucial tenir un domini de les Matemàtiques. Això inclou àlgebra, càlcul i, de manera fonamental, àlgebra lineal, ja que aquests coneixements són la base per a la representació de l'espai i la orientació. També es requereix una base en Física per a l'anàlisi del moviment (cinemàtica) i les forces (dinàmica) que regeixen el control robòtic.
Des de la perspectiva de l'Enginyeria, serà d'utilitat que els estudiants posseeixin coneixements previs en disseny mecànic per entendre els components físics, les cadenes cinemàtiques i els graus de llibertat (DoF). En l'àmbit de l'enginyeria elèctrica i electrònica, cal comprendre els sistemes de control i la integració de sensors (ex. codificadors per a la posició articular) i actuadors (ex. servomotors).
Finalment, es necessiten bases d'Informàtica i programació per al desenvolupament de les pràctiques de l'assignatura. Finalment, és de gran utilitat estar familiaritzat amb el context mèdic, especialment amb els principis de Cirurgia Mínimament Invasiva (MIS), que són l'aplicació principal dels sistemes robòtics en salut.
1. Obtenir els coneixements generals bàsics sobre la robòtica.
2. Obtenir els coneixements sobre les plataformes robòtiques més utilitzades al mercat.
3. Aprendre sobre l'ús de les tècniques i noves eines de programari per al disseny de sistemes robòtics.
Mòdul 1. Introducció a la robòtica
1. Introducció
2. Definició de robot
3. La robòtica com a camp multidisciplinari
4. Història de la robòtica
Mòdul 2. Tipus de robot
1. Classificació de robots
2. Robòtica industrial
3. Robòtica mòbil
4. Altres tipus
Mòdul 3. Disseny de sistemes robòtics
1. Representació matemàtica de l'espai
2. Cadena cinemàtica
3. Configuracions típiques de robots
4. Exemple: Universal Robots UR3e
5. Apèndix: Quaternions
6. Apèndix: Matrius de transformació
Mòdul 4. Control robòtic
1. Cinemàtica
2. Dinàmica: forces i parells
3. Planificació de trajectòries
Mòdul 5. Sensors i actuadors robòtics
1. Introducció
2. Sensors
3. Actuadors
4. Efector final
5. Transmissió i reductor
Mòdul 6. Robòtica per a aplicacions de salut i assistència
1. Introducció
2. Història
3. Classificació de robots mèdics
4. Nivells d'autonomia en robòtica quirúrgica
5. Recerca futura
6. Apèndix: Implicacions ètiques, legals i socials (IELS)
La metodologia utilitzada en l'assignatura Robòtica mèdica combina les classes magistrals amb una sèrie de seminaris coimpartits per professionals en el camp de la robòtica mèdica, així como un nombre de pràctiques d'avaluació continuada que l'alumne ha de resoldre amb l'ajuda de companys i l'equip docent de l'assignatura. Els continguts teòrics adquirits a les classes presencials es reforcen amb la realització de les pràctiques en grups, que es van lliurant durant el curs.
En aquesta assignatura s'utilitza una plataforma virtual com a mitjà de comunicació entre l'alumne i el professor. En aquesta plataforma es van publicant els materials que es van necessitant al llarg del curs (contingut teòric, manuals d'ús d'eines, enunciats de sessions pràctiques, continguts de suport, etc.).
L'assignatura s'avalua mitjançant dos blocs principals. El primer és la Teoria, valorada a través d'un Examen Final, d'assistència obligatòria. Aquest examen consistirà en preguntes tipus test que cobreixen tot el temari del curs i el coneixement adquirit a les pràctiques. El segon bloc són les Pràctiques, que consisteixen en 5 treballs (P1-P5) aplicats sobre robots físics. L'avaluació d'aquestes pràctiques es realitza mitjançant entrevistes personals i una demostració en directe del funcionament del seu codi al robot.
La qualificació final es compon d'un 50% de la nota de Teoria i un 50% de la nota de Pràctiques. La nota de Teoria és la qualificació obtinguda a l'Examen Final. La nota de Pràctiques es calcula como la mitjana aritmètica de les 5 pràctiques lliurades. Per superar l'assignatura, la nota final ha de ser igual o superior a 5. Els alumnes que no aprovin l'examen final disposaran d'una convocatòria extraordinària. És important destacar que les notes, tant de teoria com de pràctiques, no es guarden d'un curs acadèmic per al següent.
Considine, D. M., & Considine, G. D. (2012). Standard Handbook of Industrial Automation.
Kebria, P. M., Al-wais, S., Abdi, H., & Nahavandi, S. (2016). Kinematic and dynamic modelling of UR5 manipulator. 2016 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), 004229?004234. doi:10.1109/SMC.2016.7844896
Coordinates and Transformations. (n.d.). Retrieved from https://motion.cs.illinois.edu/RoboticSystems/CoordinateTransformations....https://books.google.es/books?id=muCMAAAACAAJhttps://roboticseabass.com/2024/06/30/how-do-robot-manipulators-move/
Dupont, P. E., Nelson, B. J., Goldfarb, M., Hannaford, B., Menciassi, A., O?Malley, M. K., ? Yang, G.-Z. (2021). A decade retrospective of medical robotics research from 2010 to 2020. Science Robotics, 6(60), eabi8017. doi:10.1126/scirobotics.abi8017
Reddy, K., Gharde, P., Tayade, H., Patil, M., Reddy, L. S., & Surya, D. (2023). Advancements in Robotic Surgery: A Comprehensive Overview of Current Utilizations and Upcoming Frontiers. Cureus, 15(12), e50415.
Yip, M., Salcudean, S., Goldberg, K., Althoefer, K., Menciassi, A., Opfermann, J. D., ? Lee, I.-C. (2023). Artificial intelligence meets medical robotics. Science, 381(6654), 141?146. doi:10.1126/science.adj3312
Attanasio, A., Scaglioni, B., De Momi, E., Fiorini, P., & Valdastri, P. (2021). Autonomy in Surgical Robotics. Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems, 4(Volume 4, 2021), 651?679. doi:10.1146/annurev-control-062420-090543
Cruz, E. M. G. N. V., Oliveira, S., & Correia, A. (2024). Robotics Applications in the Hospital Domain: A Literature Review. Applied System Innovation, 7(6). doi:10.3390/asi7060125
Matari?, M. J., & Scassellati, B. (2016). Socially assistive robotics. Springer Handbook of Robotics, 1973?1994.
Yang, G.-Z., Cambias, J., Cleary, K., Daimler, E., Drake, J., Dupont, P. E., ? Taylor, R. H. (2017). Medical robotics-Regulatory, ethical, and legal considerations for increasing levels of autonomy. Sci Robot, 2(4).
Shah, J., Vyas, A., & Vyas, D. (2014). The History of Robotics in Surgical Specialties. Am J Robot Surg, 1(1), 12?20.
Pugin, F., Bucher, P., & Morel, P. (2011). History of robotic surgery: From AESOP® and ZEUS® to da Vinci®. Journal of Visceral Surgery, 148(5, Supplement), 3?8. doi:10.1016/j.jviscsurg.2011.04.007
Universal Robots Academy (https://academy.universal-robots.com/)