Grau en Enginyeria de la Salut La Salle Campus Barcelona

Grau en Enginyeria de la Salut

Lidera l'enginyeria biomèdica que definirà la medicina del futur

Robòtica mèdica

Tornar al pla d'estudis

Descripció: 

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.

Tipus assignatura
Obligatoria no de Primer
Semestre
Segon
Curs
3
Crèdits
3.00

Professors Titulars

Javier Marina Miranda
Coneixements previs: 

Per cursar l'assignatura es requereixen coneixements previs d'àlgebra lineal, anàlisi matemàtica i física, especialment en els àmbits de la cinemàtica i la dinàmica. Així mateix, es recomana que els estudiants disposin de nocions bàsiques de disseny mecànic, sensors i actuadors, així com d'informàtica i programació. Addicionalment, és convenient comptar amb una cultura general sobre el context mèdic en què s'apliquen els sistemes robòtics, especialment pel que fa als principis fonamentals de la Cirurgia Mínimament Invasiva.

Objectius: 

L'assignatura té com a objectiu introduir l'estudiant en el camp de la robòtica mèdica, proporcionant una base sòlida en els principis fonamentals i les aplicacions dels sistemes robòtics dins de l'àmbit de la salut i la tecnologia assistencial. Així mateix, pretén desenvolupar la capacitat de comprendre i aplicar conceptes essencials de disseny i control de plataformes robòtiques perquè aquestes puguin operar de manera segura en contextos clínics, quirúrgics i de rehabilitació. Amb això, es busca capacitar l'alumnat del Grau en Enginyeria de la Salut per integrar eines tecnològiques d'avantguarda que contribueixin a la transformació de la pràctica clínica, la millora de la cura del pacient i el foment de l'autonomia personal.

Continguts: 

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)

Metodologia: 

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.).

Avaluació: 

L'avaluació de l'assignatura s'articula en dos blocs obligatoris: teoria i pràctiques. La qualificació final s'obté a partir dels següents elements:

  • Examen final individual (tipus test): 50%
  • Pràctiques (entregues de codi, entrevista i demostració en robot físic): 50%

Per superar l'assignatura serà necessari obtenir una nota final igual o superior a 5 sobre 10, calculada mitjançant la mitjana d'ambdós blocs. És obligatòria l'assistència a l'examen final i l'entrega de les 5 pràctiques propostes (la no entrega suposa un 0 en aquesta pràctica). No es guarden notes de cursos anteriors. A més, les còpies o l'ús no autoritzat d'IA en avaluacions oficials es penalitzaran estrictament segons la normativa acadèmica.

Criteris avaluació: 

Es valorarà:

  • La comprensió dels conceptes bàsics de robòtica i el coneixement dels robots més utilitzats al mercat.
  • El maneig adequat de programari i eines informàtiques per dissenyar i crear sistemes robòtics.
  • La programació correcta i el bon funcionament de les solucions plantejades, tant al simulador virtual com al robot físic real.
  • La claredat, coherència i fluïdesa a l'hora d'explicar i defensar el treball realitzat durant les entrevistes de les pràctiques.
  • El domini global de l'assignatura (teoria i pràctica) demostrat a través de les respostes de l'examen tipus test.

Bibliografia bàsica: 

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.

Coordinates and Transformations. Recuperat de https://motion.cs.illinois.edu/RoboticSystems/CoordinateTransformations.html

Spong, M. W., Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2005). Robot Modeling and Control.

How Do Robot Manipulators Move? Recuperat de https://roboticseabass.com/2024/06/30/how-do-robot-manipulators-move/

Lynch, K. M., & Park, F. C. (2017). Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control.

Dupont, P. E., Nelson, B. J., Goldfarb, M., Hannaford, B., Menciassi, A., O'Malley, M. K., Simaan, N., Valdastri, P., & Yang, G.-Z. (2021). A decade retrospective of medical robotics research from 2010 to 2020.

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.

Yip, M., Salcudean, S., Goldberg, K., Althoefer, K., Menciassi, A., Opfermann, J. D., Krieger, A., Swaminathan, K., Walsh, C. J., & Huang, H. (2023). Artificial intelligence meets medical robotics.

Attanasio, A., Scaglioni, B., De Momi, E., Fiorini, P., & Valdastri, P. (2021). Autonomy in Surgical Robotics.

Cruz, E. M. G. N. V., Oliveira, S., & Correia, A. (2024). Robotics Applications in the Hospital Domain: A Literature Review.

Mataric, M. J., & Scassellati, B. (2016). Socially assistive robotics.

Yang, G.-Z., Cambias, J., Cleary, K., Daimler, E., Drake, J., Dupont, P. E., Hata, N., Kazanzides, P., Martel, S., Patel, R. V., Santos, V. J., & Taylor, R. H. (2017) Medical robotics-Regulatory, ethical, and legal considerations for increasing levels of autonomy.

Shah, J., Vyas, A., & Vyas, D. (2014). The History of Robotics in Surgical Specialties

Pugin, F., Bucher, P., & Morel, P. (2011). History of robotic surgery: From AESOP(R) and ZEUS(R) to da Vinci(R).

Material complementari: 

Universal Robots Academy (https://academy.universal-robots.com/)