La asignatura pretende introducir al alumno en el campo de la robótica médica, explorando los principios fundamentales y las aplicaciones de los sistemas robóticos en el ámbito de la salud y la tecnología asistencial. Se busca proporcionar una comprensión de cómo la robótica puede transformar la práctica clínica, la cirugía, la rehabilitación y el cuidado de pacientes. El curso se enfoca en los conceptos esenciales que sustentan la robótica aplicada a la medicina. Se abordarán los fundamentos de la robótica, incluyendo los distintos tipos de robots utilizados en entornos clínicos y asistenciales, así como sus componentes clave como sensores y actuadores adaptados a las interacciones seguras con humanos. Para reforzar el aprendizaje y proporcionar experiencia tangible, el curso incluirá sesiones prácticas de laboratorio utilizando un robot colaborativo UR3e de Universal Robots, donde los alumnos podrán aplicar los conceptos de programación y control. Se profundizará en los aspectos específicos del diseño y control de sistemas robóticos que deben operar en contextos médicos. Finalmente, se analizarán diversas aplicaciones prácticas y emergentes, desde la cirugía mínimamente invasiva asistida por robot hasta los sistemas de rehabilitación y los dispositivos robóticos de apoyo a la autonomía personal.
Profesores Titulares
Para cursar la asignatura se requieren conocimientos previos de álgebra lineal, análisis matemático y física, en particular en los ámbitos de la cinemática y la dinámica. Asimismo, se recomienda que el estudiantado disponga de nociones básicas de diseño mecánico, sensores y actuadores, así como de informática y programación. Adicionalmente, es conveniente contar con una cultura general sobre el contexto médico en el que se aplican los sistemas robóticos, especialmente en relación con los principios fundamentales de la Cirugía Mínimamente Invasiva.
La asignatura tiene como objetivo introducir al estudiante en el campo de la robótica médica, proporcionando una base sólida en los principios fundamentales y las aplicaciones de los sistemas robóticos dentro del ámbito de la salud y la tecnología asistencial. Asimismo, pretende desarrollar la capacidad de comprender y aplicar conceptos esenciales de diseño y control de plataformas robóticas para que estas puedan operar de manera segura en contextos clínicos, quirúrgicos y de rehabilitación. Con ello, se busca capacitar al alumnado del Grado en Ingeniería de la Salud para integrar herramientas tecnológicas de vanguardia que contribuyan a la transformación de la práctica clínica, la mejora del cuidado del paciente y el fomento de la autonomía personal.
Módulo 1. Introducción a la robótica
- Introducción
- Definición de robot
- La robótica como campo multidisciplinar
- Historia de la robótica
Módulo 2. Tipos de robot
- Clasificación de robots
- Robótica industrial
- Robótica móvil
- Otros tipos
Módulo 3. Diseño de sistemas robóticos
- Representación matemática del espacio
- Cadena cinemática
- Configuraciones típicas de robots
- Ejemplo: Universal Robots UR3e
- Apéndice: Cuaterniones
- Apéndice: Matrices de transformación
Módulo 4. Control robótico
- Cinemática
- Dinámica: fuerzas y pares
- Planificación de trayectorias
Módulo 5. Sensores y actuadores robóticos
- Introducción
- Sensores
- Actuadores
- Efector final
- Transmisión y reductor
Módulo 6. Robótica para aplicaciones de salud y asistencia
- Introducción
- Historia
- Clasificación de robots médicos
- Niveles de autonomía en robótica quirúrgica
- Investigación futura
- Apéndice: Implicaciones éticas, legales y sociales (IELS)
La metodología utilizada en la asignatura Robótica médica combina las clases magistrales con una serie de seminarios co-impartidos por profesionales en el campo de la robòtica médica, así como un número de prácticas de evaluación continuada que el alumno debe resolver con la ayuda de compañeros y el equipo docente de la asignatura. Los contenidos teóricos adquiridos en las clases presenciales se refuerzan con la realización de las prácticas en grupos, que se van entregando durante el curso. En esta asignatura se utiliza una plataforma virtual como medio de comunicación entre el alumno y el profesor. En esta plataforma se van publicando los materiales que se van necesitando a lo largo del curso (contenido teórico, manuales de uso de herramientas, enunciados de sesiones prácticas, contenidos de apoyo, etc.).
La evaluación de la asignatura se articula en dos bloques obligatorios: teoría y prácticas. La calificación final se obtiene a partir de los siguientes elementos:
- Examen final individual (tipo test): 50%
- Prácticas (entregas de código, entrevista y demostración en robot físico): 50%
Para superar la asignatura será necesario obtener una nota final igual o superior a 5 sobre 10, calculada mediante la media de ambos bloques. Es obligatoria la asistencia al examen final y la entrega de las 5 prácticas propuestas (la no entrega supone un 0 en dicha práctica). No se guardan notas de cursos anteriores. Además, las copias o el uso no autorizado de IA en evaluaciones oficiales se penalizarán estrictamente según la normativa académica.
Se valorará:
- La comprensión de los conceptos básicos de robótica y el conocimiento de los robots más utilizados en el mercado.
- El manejo adecuado de programas y herramientas informáticas para diseñar y crear sistemas robóticos.
- La correcta programación y el buen funcionamiento de las soluciones planteadas, tanto en el simulador virtual como en el robot físico real.
- La claridad, coherencia y soltura al explicar y defender el trabajo realizado durante las entrevistas de las prácticas.
- El dominio global de la asignatura (teoría y práctica) demostrado a través de las respuestas del examen tipo test.
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. Recuperado 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? Recuperado 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).
Universal Robots Academy (https://academy.universal-robots.com/)