Highly dexterous 2‐module soft robot for intra‐organ navigation in minimally invasive surgery

计算机科学 侵入性外科 机械人手术 机器人 计算机视觉 软组织 人工智能 外科 医学
作者
Haider Abidi,Giada Gerboni,Margherita Brancadoro,Jan Fraś,Alessandro Diodato,Matteo Cianchetti,Helge Würdemann,Kaspar Althoefer,Arianna Menciassi
出处
期刊:International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery [Wiley]
卷期号:14 (1) 被引量:110
标识
DOI:10.1002/rcs.1875
摘要

Abstract Background For some surgical interventions, like the Total Mesorectal Excision (TME), traditional laparoscopes lack the flexibility to safely maneuver and reach difficult surgical targets. This paper answers this need through designing, fabricating and modelling a highly dexterous 2‐module soft robot for minimally invasive surgery (MIS). Methods A soft robotic approach is proposed that uses flexible fluidic actuators (FFAs) allowing highly dexterous and inherently safe navigation. Dexterity is provided by an optimized design of fluid chambers within the robot modules. Safe physical interaction is ensured by fabricating the entire structure by soft and compliant elastomers, resulting in a squeezable 2‐module robot. An inner free lumen/chamber along the central axis serves as a guide of flexible endoscopic tools. A constant curvature based inverse kinematics model is also proposed, providing insight into the robot capabilities. Results Experimental tests in a surgical scenario using a cadaver model are reported, demonstrating the robot advantages over standard systems in a realistic MIS environment. Conclusion Simulations and experiments show the efficacy of the proposed soft robot.
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