HARRI, un robot qui veut votre main

du site internet de l’Université Laval

Des chercheurs ont mis au point un système robotisé permettant à deux personnes de se serrer la main à distance

Imaginez le tableau. Barack Obama, dans le bureau ovale de la Maison-Blanche, et Justin Trudeau, dans son cabinet de l’édifice Langevin, doivent discuter d’un sujet urgent par visioconférence. La communication est établie, les deux hommes s’échangent les salutations d’usage et, par l’entremise d’une interface robotisée appelée HARRI, ils se serrent vigoureusement la main, comme ils le feraient en chair et en os. La chose paraît impensable, mais les travaux menés par l’équipe de Clément Gosselin, au Département de génie mécanique, pourraient théoriquement conduire à la concrétisation de cette idée. La demande pour un tel système est très hypothétique, reconnaît d’emblée le professeur Gosselin, mais la science sur laquelle il repose pourrait avoir des applications très concrètes en télésanté.

Au fil des ans, Clément Gosselin et ses collaborateurs du Laboratoire de robotique ont développé une expertise dans les préhenseurs intelligents. Ils ont notamment mis au point la main SARAH, dotée de trois doigts mobiles dont l’action mécanique s’adapte avec souplesse à la forme des objets qu’elle saisit. SARAH est actionnée par deux moteurs électriques et elle peut ajuster sa force de préhension à la nature de l’objet manipulé, qu’il s’agisse d’un madrier, d’une bague, d’une balle de tennis ou d’une éponge. Une version modifiée de cette main a été conçue pour participer au démantèlement d’un centre de recherche nucléaire en Grande-Bretagne. De plus, une version humanisée de ce préhenseur, destinée aux personnes amputées, a récemment fait l’objet de tests cliniques.

harriPlusieurs composantes de ces mains robotisées ont été utilisées pour créer HARRI, signale le professeur Gosselin. “Le but du projet est de concevoir un système permettant à un thérapeute de guider à distance les mouvements d’un patient. Il fallait donc développer une interface capable de communiquer de façon bidirectionnelle les mouvements de deux personnes. Dans un premier temps, nous nous sommes donné le défi d’y arriver avec l’un des gestes bidirectionnels les plus courants chez les humains: une poignée de main.

Dans un article du récent numéro du Journal of Mechanisms and Robotics, Nicolò Pedemonte, Thierry Laliberté et Clément Gosselin expliquent comment ils sont parvenus à concevoir HARRI, un acronyme pour Handshaking Anthropomorphic Reactive Robotic Interface. “La principale difficulté consistait à rendre le geste réaliste, précise le professeur Gosselin. Il faut que la fermeté de la main ainsi que la dynamique du mouvement imitent ce qui se produit lorsqu’on serre la main d’un être humain.” HARRI comporte des senseurs, deux moteurs et une interface qui transmet des informations à une autre main robotisée située à distance. Un système miroir fait la même chose à l’autre extrémité. Chaque doigt de HARRI est articulé, mobile et indépendant des autres, ce qui donne une bonne dose de flexibilité et de réalisme à l’ensemble. Les mains peuvent être montées sur un robot ou sur des rails verticaux.

Aux dires des personnes qui ont serré la pince de HARRI, les résultats sont étonnants. “C’est très réaliste, confirme Clément Gosselin. Le système transmet fidèlement le style de poignée de main de chaque personne.” Advenant le cas où une grande distance séparerait les deux interlocuteurs, il faudrait tenir compte du décalage dans la transmission des signaux, mais il existe déjà des algorithmes qui permettent de tels ajustements.

L’idée de serrer la main d’une personne par l’intermédiaire d’un robot fait sourire, mais y a-t-il vraiment une demande pour un tel système? “Pour l’instant, non, répond le chercheur, mais dans un univers où les rapports humains sont de plus en plus virtuels, ce geste pourrait être apprécié dans certaines circonstances. Les applications possibles dans le domaine de la télésanté sont plus évidentes. Un thérapeute pourrait guider à distance les mouvements d’une personne en réadaptation et s’assurer qu’elle les exécute correctement, qu’il s’agisse de mobiliser certaines articulations ou encore de lui réapprendre à écrire.

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Solenoid actuators: some hints

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A solenoid actuator can be defined as an electromagnetic device that converts an electrical signal into a magnetic field. Solenoids are available in a variety of formats; the  two more common types are the linear solenoid and the rotary solenoid.

io15In a Linear Solenoid (LS), electrical energy is converted into a mechanical pushing or pulling force or motion. Inside the LS, an electrical coil is wound around a cylindrical tube with a ferromagnetic actuator, called plunger. When electrical current flows through the coil, a magnetic field is instantaneously generated. The direction of this magnetic field is determined by the direction of the current flow within the wire. Thus, the coil becomes an electromagnet with its own north and south poles: in such a configuration, the coil behaves exactly as a permanent type magnet. The strength of the magnetic field can be increased or decreased by either controlling the amount of current flowing through the coil or by changing the number of turns (loops) of the coil windings.

When an electrical current is passed through the coil windings, the plunger, which is is free to move (to slide) in and out of the coil body, is attracted by the magnetic flux. Accordingly, the plunger translates towards the center of the coil body. Such translation results in the mechanical pushing or pulling force provided by the LS. The force and speed of the plunger movements is determined by the strength of the magnetic flux generated within the coil (which depends, as mentioned above, on the amount of electrical current). When the supply current is turned off (de-energized) the electromagnetic field collapses and the plunger is allowed to go back to its original rest position. This is usually achieved passively, by means of a return spring (a small compression spring attached to one end of the plunger itself).  Both push- and pull-LS types are generally constructed the same with the difference being in the location of the return spring and design of the plunger. The back and forth movement of the plunger is known as the LS’s stroke, in other words the maximum distance the plunger can travel pull-LS.gifin either in or out direction. LSs can be used to electrically open doors and latches, open or close valves, move and operate robotic limbs and mechanisms, and even actuate electrical switches just by energizing its coil. LSs can also be designed for proportional motion control, were the plunger position is proportional to the input power.

Analogously, a Rotary Solenoid (RS) provides the rotational movement of the plunger in either clockwise, anti-clockwise or in both directions. The coil is wound around a steel frame with a magnetic disk connected to an output shaft. When the coil is energized, the electromagnetic field generates multiple north and south poles. These poles repel the adjacent permanent magnetic poles of the disk, causing the latter to rotate at an angle determined by the mechanical construction of the rotary solenoid. Therefore, the shaft rotation can be controlled by either energizing or de-energizing the RS, or by altering the position of the permanent magnet rotor.

Commonly available RSs have strokes of 25, 35, 45, 60 and 90 degrees, as well as multiple movements to and from a certain angle. RSs can be used to replace small DC motors or stepper motors were the angular movement is very small, with the angle of rotation being the angle moved from a desired start position to a specific end position. RSs are used in vending or gaming machines, valve control, camera shutter with special high speed.

solenoids

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Squat movements: some hints

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The squat movement can be described as a compound exercise which involves multiple groups of muscles. It is usually performed by recreational and professional athletes to strengthen hip, knee and ankle muscles. The squat exercise consists of two main phases, lowering and standing.

The lowering phase

The body starts from a standing position and, replicating the motion performed while sitting on a chair, it is lowered until the squat configuration is achieved. All the lower limb joints are involved, with several groups of muscles that contract as they lengthen. This results in eccentric contractions.squatL

  • Hip: flexion movement. The hip extensors (gluteus maximus, semimembranosus, semitendinosis and biceps femoris) mainly control the speed of the body, whose lowering is naturally supported by gravity.
  • Knee: flexion movement. The knee extensors (rectus femoris, vastus medialis, vastus intermedius and vastus lateralis) mainly allow to tune the knee bending speed.
  • Ankle: dorsiflexion movement. The plantarflexor muscles (gastrocnemius and soleus) mainly counteract the pull of gravity and provide a stable support on the ground.
The standing phase

squatSThe body leaves the squat configuration and returns to an upright position. The speed of this movement is continuously controlled, as well as the stable support provided by the feet. Once again, this is ensured by the combined action of all the lower limb joints. The same groups of muscles as for the lowering phase now shorten as they contract. This produces concentric contractions.

  • Hip: extension movement. The hip extensors mainly bring the trunk back to an upright position.
  • Knee: extension movement. The knee extensors help contracting and smoothly straightening the knee joints.
  • Ankle: plantarflexion movement. The plantarflexor muscles push down against the ground and are responsible for the overall stability of the body.

 

Formation à la chirurgie robotique

source: ce site internet

Academie-nationale-chirurgie-STAN-Institute

Saviez-vous qu’il n’y a aucune obligation légale à se former à la chirurgie robotique ? Autrement dit, n’importe quel chirurgien peut s’assoir à une console de robot da Vinci et opérer. Il n’y a aucune obligation de formation. Prendriez-vous un avion dont le pilote n’a pas de licence de vol ?

Le 13 novembre 2015, un panel d’experts de la chirurgie robotique s’est réuni au sein de l’Académie Nationale de Chirurgie (ANC) pour débattre sur la formation en chirurgie robotique. Les conclusions principales mettent en avant des besoins fondamentaux :

  • Il faut se caler sur le protocole de formation à la chirurgie robotique élaboré par les équipes de Nancy.
  • Il est impératif de prévoir l’arrivée de nouveaux robots.
  • Il n’est pas utile de multiplier les centres de formation, il faut se contenter de quelques centres experts de formation bien équipés en matériel et en personnel et développer les registres.

Les principes conducteurs de la chirurgie moderne assistée par ordinateur, et par conséquent robotique doivent être les suivants :

  • Savoir opérer
  • Connaître les machines utilisées
  • Être convaincu de la nécessité du partenariat avec les industriels
  • Conserver son éthique et son indépendance en évitant tout conflit d’intérêts
  • Justifier scientifiquement les évolutions thérapeutiques choisies pour convaincre les décideurs économiques et défendre les chirurgiens mis en cause par l’intermédiaire de la HAS

La formation en chirurgie robotique assurée actuellement par les industriels n’a pas de base légale. Celui-ci a simplement pour obligation, comme tout fabricant de matériel, d’expliquer son fonctionnement à un acquéreur. Cette formation, trop courte si l’on se réfère aux résultats publiés, ne comporte aucune évaluation des capacités de ces chirurgiens à utiliser le robot. Il est du rôle des sociétés savantes et des universités de contrôler cet enseignement et l’évaluation des équipes utilisatrices de ces nouvelles technologies, en partenariat avec les industriels. La formation en chirurgie robotique peut être assurée soit par des écoles publiques, soit par des écoles privées, en étant conscient de l’importance du coût du matériel nécessaire. Il apparait que ce coût ne peut être assumé par les seules finances des universités et que des partenariats sont nécessaires avec des entreprises privées, pour les écoles publiques.

La chirurgie robotique est mise en œuvre par des chirurgiens et leurs équipes et leur formation comporte 5 volets :

  1. La formation chirurgicale de base relève de toutes les écoles de chirurgie.
  2. La formation élémentaire à l’usage d’un “robot” est commune à toutes les spécialités utilisatrices des robots. Elle est validée par un document attestant de la participation du chirurgien à la formation élémentaire, apprentissage de la machine, des gestes avec des mises en application sur simulateur et sur robot en “dry” et “wet lab”. Cette étape de la formation doit être conclue par une évaluation.
  3. La chirurgie robotique est caractérisée par la distance physique établie entre le chirurgien et le champ opératoire, ainsi que par la disparition de la communication visuelle avec le reste de l’équipe. Une formation des autres membres de l’équipe chirurgicale (team training) est par conséquent indispensable.
  4. La formation clinique spécifique à chaque spécialité se fera dans des centres équipés de “robots” et disposant de “proctors” (“Advanced Courses”).
  5. La chirurgie est un apprentissage permanent qui nécessite un maintien de compétences tout au long de sa pratique. La question de la recertification telle qu’elle est imposée aux pilotes d’avion après une période d’inactivité ou lorsqu’ils n’ont pas une pratique régulière n’existe pas actuellement en Médecine. Il est vraisemblable qu’à l’avenir le développement des simulateurs permettra aux chirurgiens soumis à des situations similaires de rafraîchir ou de maintenir leur technicité.