Робот техника. Роботизированная хирургия в урологии: преимущества и техника робот-ассистированной радикальной простатэктомии

Каковы основные преимущества роботизированной хирургии в урологии. Как выполняется робот-ассистированная радикальная простатэктомия. Какие этапы включает в себя эта операция. Каковы особенности техники выполнения РАРП.

Роботизированная хирургия — революция в лечении рака предстательной железы

Роботизированная радикальная простатэктомия (РРПЭ) становится все более популярным методом лечения рака предстательной железы. По данным исследований, в США уже к 2007 году 60% всех радикальных простатэктомий выполнялись с использованием роботизированных систем. К 2015 году этот показатель достиг 70%.

Чем обусловлен такой стремительный рост популярности роботизированной хирургии? РРПЭ имеет ряд значительных преимуществ по сравнению с открытой операцией:

• Меньший объем кровопотери
• Более быстрое восстановление пациента
• Улучшение функциональных показателей
• Сопоставимые онкологические результаты

При этом опытные хирурги достигают более низких показателей положительных хирургических краев, что свидетельствует о высокой точности и качестве выполнения операции.

Техника выполнения робот-ассистированной радикальной простатэктомии

Техника РРПЭ постоянно совершенствуется с целью улучшения онкологических и функциональных результатов. Рассмотрим основные этапы выполнения этой операции.

Подготовка к операции

Подготовка включает следующие шаги:

• Обработка роботических манипуляторов стерильным покрытием
• Укладка пациента в положение Тренделенбурга (наклон 30-35°)
• Фиксация пациента ремнями к операционному столу
• Установка уретрального катетера

Установка портов

Используется трансперитонеальный доступ. Всего устанавливается 6 портов:

• 12 мм порт для камеры (параумбиликально)
• Два 8 мм порта для инструментов
• 10 мм и 5 мм порты для ассистента справа
• Дополнительный 5 мм порт слева (опционально)

Порты располагают по схеме «ромба» на расстоянии не менее 8 см друг от друга.

Ключевые этапы выполнения робот-ассистированной простатэктомии

После установки портов и подключения роботической консоли хирург приступает к основным этапам операции:

1. Тазовая лимфаденэктомия

Выполняется удаление лимфатических узлов в стандартном или расширенном объеме. Объем определяется на основании онкологических групп риска.

2. Выделение мочевого пузыря и простаты

Производится отделение мочевого пузыря от брюшной стенки и выделение предстательной железы. Важный момент — вскрытие тазовой фасции (f. endopelvica) и прошивание дорзального венозного комплекса.

3. Диссекция шейки мочевого пузыря

Вскрывается передняя и задняя стенка шейки мочевого пузыря. Это технически сложный этап, особенно при наличии выраженной средней доли простаты.

4. Выделение семенных пузырьков и протоков

Семенные пузырьки и протоки выделяются и пересекаются. Важно полностью удалить семенные пузырьки.

Ключевые моменты нервосберегающей техники при РАРП

Сохранение сосудисто-нервных пучков — важный этап, влияющий на функциональные результаты операции. Основные принципы:

• Минимальное использование электрокоагуляции
• Тупое и острое выделение тканей вдоль латеральной поверхности простаты
• Применение клипс для гемостаза
• Тщательная работа ассистента с аспиратором для улучшения визуализации

При невозможности сохранения нервов по онкологическим показаниям выполняется широкое иссечение тканей с клипированием сосудистых пучков.

Особенности диссекции апекса простаты при роботической простатэктомии

Выделение верхушки простаты — один из самых сложных и ответственных этапов операции. Основные моменты:

• Минимальное использование электрокоагуляции
• Тщательное отделение волокон простаты от дорзального венозного комплекса
• Индивидуальный подход с учетом анатомических особенностей и распространенности опухоли
• Поиск баланса между радикальностью и сохранением длины уретры

Правильное выполнение этого этапа позволяет снизить риск положительного хирургического края и недержания мочи в послеоперационном периоде.

Преимущества роботизированной хирургии для пациентов и хирургов

Внедрение роботических технологий привнесло ряд важных преимуществ как для пациентов, так и для хирургов:

Для пациентов:

• Меньшая травматичность
• Сниженный риск осложнений
• Меньший болевой синдром
• Более быстрое восстановление
• Лучшие функциональные результаты

Для хирургов:

• Улучшенная визуализация операционного поля (3D-изображение)
• Повышенная точность и контроль движений инструментов
• Снижение физической нагрузки во время операции
• Возможность выполнения более сложных манипуляций

Эти преимущества позволяют достигать лучших результатов лечения при сохранении онкологической радикальности.

Будущее роботизированной хирургии в урологии

Технологии роботизированной хирургии продолжают стремительно развиваться. Какие тенденции ожидают нас в ближайшем будущем?

• Совершенствование роботических систем и инструментов
• Внедрение технологий дополненной реальности
• Использование искусственного интеллекта для поддержки принятия решений
• Развитие телемедицинских технологий и удаленных операций
• Расширение спектра роботизированных вмешательств в урологии

Все эти инновации направлены на дальнейшее повышение качества и доступности хирургического лечения урологических заболеваний.

Заключение: роботизированная хирургия как новый стандарт лечения рака простаты

Робот-ассистированная радикальная простатэктомия уверенно занимает лидирующие позиции в лечении локализованного рака предстательной железы. Преимущества этой методики, подтвержденные многочисленными исследованиями, позволяют прогнозировать ее дальнейшее распространение и совершенствование.

Ключевыми факторами успеха РАРП являются:

• Тщательное соблюдение техники операции
• Постоянное совершенствование хирургических навыков
• Индивидуальный подход к каждому пациенту
• Внимание к онкологическим и функциональным результатам

При соблюдении этих принципов роботизированная простатэктомия обеспечивает отличные результаты лечения, улучшая качество жизни пациентов с раком предстательной железы.

2.1: Что такое робототехника?

Робот — это программируемое механической устройство, способное выполнять задачи и взаимодействовать с внешней средой без помощи со стороны человека. Робототехника — это научная и техническая база для проектирования, производства и применения роботов.

Слово «робот» было впервые использовано чешским драматургом Карлом Чапеком в 1921. В его произведении «Универсальные роботы Россума» речь шла о классе рабов, искусственно созданных человекоподобных слуг, сражающихся за свою свободу. Чешское слово «robota» означает «принудительное рабство». Слово «робототехника» было впервые применено известным автором научной фантастики Айзеком Азимовым в 1941 году.

Базовые компоненты робота

Компоненты робота: тело/рама, система управления, манипуляторы, и ходовая часть.

Тело/рама: Тело, или рама, робота может иметь любую форму и размер. Изначально, тело/рама обеспечивает конструкцию робота. Большинство людей знакомы с человекоподобными роботами, используемыми для съемок кинофильмов, но в действительность большинство роботов не имеют ничего общего с человеческим обликом. (Робонафт НАСА, представленный в предыдущем разделе, является исключением). Как правило, в проекте робота внимание уделяется функциональности, а не внешности.

Система управления: Система управления робота является эквивалентом центральной нервной системы человека. Она предназначена для координирования управления всеми элементами робота. Датчики реагируют на взаимодействие робота с внешней средой. Ответы датчиков отправляются в центральный процессор (ЦП). ЦП обрабатывает данные с помощью программного обеспечения и принимает решения на базе логики. То же самое происходит при вводе пользовательской команды.

 

Манипуляторы: Для выполнения задачи большинство роботов взаимодействует с внешней средой, а также окружающим миром. Иногда требуется перемещение объектов внешней среды без непосредственного участия со стороны операторов. Манипуляторы не являются элементом базовой конструкции робота, как его тело/рама или система управления, то есть робот может работать и без манипулятора. В настоящем учебном курсе акцент делается на тему манипуляторов, особенно блок 6.
 

Ходовая часть: Хотя некоторые роботы могут выполнять поставленные задачи, не изменяя свое местоположение, зачастую от роботов требуется способность перемещаться из одного места в другое. Для выполнения данной задачи роботу необходима ходовая часть. Ходовая часть представляет собой приводное средство перемещения. Роботы-гуманоиды оснащены ногами, тогда как ходовая часть практически всех остальных роботов реализована с помощью колес.

Возможности применения и примеры роботов

На сегодняшний день, роботы имеют массу применений. Области применения делятся на три основные категории:

• промышленные роботы;
• исследовательские роботы;
• образовательные роботы.
   

Промышленные роботы

В промышленности, для выполнения огромного количества работ необходимы высокая скорость и точность. В течение многих лет ответственность за выполнение подобных работ несли люди. С развитием технологий, использование роботов позволило ускорить и повысить точность многих производственных процессов. Это и упаковка, сборка, окраска и укладка на поддоны. Изначально, роботы выполняли только особые виды повторяющихся работ, где требовалось соблюдение простого заданного набора правил. Тем не менее, с развитием технологий промышленные роботы стали гораздо более подвижны, и теперь они способны принимать решения на основе сложного ответа от датчиков. Сегодня промышленные роботы часто оснащены системами технического зрения. К концу 2014 года международная робототехническая федерация прогнозировала объем применения промышленных роботов по всему миру свыше 1,3 миллиона единиц!

Роботы могут использоваться для выполнения сложных, опасных задач, а также задач, которые человек выполнить не в состоянии. Например, роботы способны обезвреживать бомбы, обслуживать ядерные реакторы, исследовать глубины океана и достигать самых дальних уголков космоса.

Исследовательские роботы

Роботы имеют широкое применение в мире исследований, так как их часто используют для выполнения задач, в решении которых человек беспомощен. Наиболее опасные и сложные среды находятся под поверхностью Земли. В целях изучения космического пространства и планет солнечной системы в НАСА на протяжении использовались космические аппараты, посадочные модули и вездеходы с функциями роботов.

Роботы Pathfinder и Sojourner

Для марсианской миссии Pathfinder была разработана уникальная технология, позволяющая осуществить доставку оборудованного посадочного модуля и роботизированного вездехода, Sojourner, на поверхность Марса. Sojourner был первым вездеходом, отправленным на планету Марс. Масса вездехода Sojourner на поверхности земли составляет 11 кг (24,3 фунта), на поверхности Марса — прибл. 9 фунтов, а его размеры сопоставимы с размерами детской коляски. Вездеход имеет шесть колес и может перемещаться со скоростью до 0,6 метров (1,9 футов) в минуту. Миссия была запущена на поверхности Марса 4 июля 1997 года. Pathfinder не только выполнил свою прямую задачу, но также вернулся на Землю с огромным количеством собранных данных и превысил свой проектный срок эксплуатации.

Вездеходы Spirit и Opportunity

Марсианские исследовательские вездеходы (MER) Spirit и Opportunity были отправлены на Марс летом 2003 года и приземлились в январе 2004 года. Их миссия состояла в исследовании и классификации большого количества камней и почв с целью обнаружения остатков воды на Марсе, в надежде на отправку на планету человеческой миссии. Несмотря на то, что запланированная длительность миссии составляла 90 дней, в действительности она превысила шесть лет. За это время было собрано бесчисленное количество геологических данных о Марсе.

Роботизированная рука космического корабля

Когда проектировщики НАСА впервые приступили к проектированию космического корабля, они столкнулись с задачей, выраженной в необходимости безопасной и эффективной доставки в космическое пространство огромного, но, к счастью, невесомого объема груза и оборудования. Система дистанционного манипулирования (RMS), или Канадарм (канадский дистанционный манипулятор), совершила свой первый выход в космос 13 ноября 1981 года.

Рука имеет шесть подвижных соединений, имитирующих человеческую руку. Два соединения расположены в плече, одно — в локте, и еще три — в кисти. На конце кисти установлено захватное устройство, способное захватывать или зацеплять требуемый груз. В условиях невесомости рука способна поднимать 586 000 фунтов груза и выполнять их размещение с удивительной аккуратностью. Общая масса руки на поверхности Земли составляет 994 фунта.

RMS использовалась для запуска и поиска спутников, а также оказалась бесценным помощником для астронавтов в процессе ремонта космического телескопа Хаббла. Последняя миссия Канадарм в составе космического корабля стартовала в июле 2011 года и стала девяностой миссией этого робота.

Мобильные обслуживающие системы

Мобильная обслуживающая система (MSS) представляет собой систему, аналогичную RMS, и известна также как Канадарм 2. Система была спроектирована для установки на международной космической станции в качестве объектного манипулятора. MSS предназначена для обслуживания оборудования и приборов, установленных на международной космической станции, а также для оказания помощи при транспортировке продовольствия и оборудования в пределах станции.

Dextre

В рамках космической миссии STS-123 в 2008, космический корабль Endeavor осуществлял перевозку последней части гибкого манипулятора специального назначения Dextre.

Dextre — это робот, оснащенный двумя не большими руками. Робот способен выполнять задачи по точной сборке, которые до этого выполняли астронавты во время входа в открытый космос. Dextre может транспортировать объекты, пользоваться инструментами и осуществлять установку или удаление оборудования на космической станции. Dextre также оснащен освещением, видео-оборудованием, инструментальной базой, а также четырьмя держателями для инструментов. Датчики позволяют роботу «чувствовать» объекты, с которыми он имеет дело, и автоматически реагировать на движения или изменения. Команда может наблюдать за работой с помощью четырех установленных камер.

По конструкции робот напоминает человека. Верхняя часть его тела может поворачиваться в талии, а плечи удерживают руки, расположенные с двух сторон. 

Роботы в образовании

Робототехника стала увлекательным и доступным инструментом обучения и поддержки STEM, проектирования и подходов к решению задач. В робототехнике, учащиеся получают возможность реализовать себя в роли проектировщиков, артистов и техников одновременно, используя собственные руки и голову. За счет этого открываются огромные возможности применения научных и математических основ.

В современной системе образования, с учетом финансовых ограничений, средние и высшие школы находятся в постоянном поиске экономически выгодных путей преподавания сложных программ, сочетающих технологии с множеством дисциплин, учащимся для их подготовки к профессиональной деятельности. Преподаватели сразу видят преимущества робототехники и данного учебного курса, так как в них реализован межпредметный метод сочетания различных дисциплин. В дополнение, робототехника предлагает наиболее доступное и подходяще для повторного использования оборудование.

Сегодня более чем когда либо, школы применяют робототехнические программы в классе для «оживления» учебных курсов и обеспечения соответствия широкому спектру академических стандартов, необходимых для учащихся. Робототехника не только является уникальной и широкой базой для преподавания разнообразных технических дисциплин, но также областью техники, оказывающей значительное влияние на развитие современного общества.

Почему робототехника важна?

Как видно из раздела «Возможности применения и примеры роботов», робототехника является новой областью техники, применяемой во многих сферах жизни человека. Важным фактором развития общества является образованность всех его членов в части существующих технологий. Но это не единственная причина возрастающей значимости робототехники. Робототехника уникальным образом сочетает в себе основы дисциплин STEM (естественные науки, технологии, инженерия и математика). В процессе обучения в классе учащиеся изучают различные дисциплины и их взаимосвязи, используя современные, технологичные и увлекательные инструменты. Помимо этого, визуальное представление проектов, которое требуется от учащи, стимулирует их к экспериментам и проявлению изобретательности в процессе поиска эстетичных и работоспособных решений. Комбинируя эти аспекты работы, учащиеся поднимают свои знания и возможности на новый уровень.

Робот-ассистированная лапароскопическая радикальная простатэктомия | Медведев

Введение

В последние годы набирает популярность роботическая радикальная простатэктомия (РРПЭ). Так, Lee сообщил, что в США в 2007 году из общего числа радикальных простатэктомий 60% были выполнены с использованием робототех­ники, и ежегодно количество данного вида хирургии увеличивается [1]. Количество урологов, работающих как в академическом, так и в частном секторе, и от­дающих предпочтение роботассистированной простатэктомии, с каждым годом становится всё больше. Alemozaffar M и др. (2015) сообщают, что в начале 2000­х годов в США у пациентов с диагностированным раком предстательной железы в подавляющем большинстве случаев производили позадилонную радикальную простатэктомию, спустя 10 лет 70% хирургии по поводу данного заболевания выполняется с помощью робото­техники (рис. 1) [2][3]. Лапароскопическая радикальная простатэктомия с использованием робототехники, как минимально инвазивное оперативное вмешательство, стала альтернативой открытой радикальной простатэктомии. В рандомизированных исследованиях было по­казано, что РРПЭ демонстрирует значительные преиму­щества по сравнению с открытым доступом: меньший объем кровопотери, более быстрое восстановление па­циента, улучшение функциональных показателей, что же касается онкологических результатов, то они сопо­ставимы [4]. Более низкие показатели положительных хирургических краев у опытных хирургов позволяют предположить, что опыт и внимание к хирургическим деталям влияют на качество лечения рака.

 

Рисунок 1. Соотношение доли позадилонной РПЭ к роботической РПЭ в США

Figure 1. Number’s ratio of performed retropubic to robotic radical prostatectomy in the United States of America.

Техника радикальной робот-ассистированной лапароскопической простатэктомии

Техника и различные варианты проведения РРПЭ были описаны, как только данный вид хирургии был внедрён в урологическую практику. Со временем для улучшения онкологических и функциональных результатов, методика совершенствовалась и стан­дартизировалась с незначительными вариациями в различных центрах и индивидуально хирургами. Учитывая относительно недавнее внедрение роботических технологий, особенно в России, техника выполнения во многом заимствована из открытой и лапароскопической хирургии [4].

Подготовка роботических манипуляторов. Подготовку робота к операции начинают с обора­чивания его в стерильную защиту из полиэтилена, после чего манипуляторы приподнимают и сводят вместе. Затем дополнительное хирургическое белье временно помещают на робота, чтобы избежать не­преднамеренного загрязнения.

Предоперационная подготовка и укладка паци­ента. Накануне вечером пациенту до операции на­значают очистительные клизмы. Перед операцией производят бритье пациента от нижнего края ребер­ной дуги до паха. За 12 часов до оперативного ле­чения все пациенты получают низкомолекулярный гепарин в качестве профилактики тромбоэмболических осложнений. За 1 час до разреза внутривенно выполняют инъекцию антибиотика (цефалоспорины III поколения). Укладку пациента производят после введения в наркоз. Пациент находится в положении на спине с разведенными на 30° ногами, как для от­крытой простатэктомии без использования стремян.

Такое разведение ног позволяет без труда распола­гать систему DaVinci возле пациента. Стол наклоняют в положение Trendelenburg на 30 — 35°. На плоском столе руки пациента фиксируют перекрещивающи­мися лентами. Больного крепят четырьмя ремнями к операционному столику. Ленты пересекаются кон­фигурацией Х на груди пациента. Все точки давления защищают с помощью стандартной прокладки из ячеистого пенопласта или силикона. Прокладки за­крепляют к операционному столу тканевой лентой. При этом следует соблюдать осторожность, чтобы не закрепить нижнюю часть прокладок ниже реберно­го края, так как это может помешать последующему расположению портов. В мочевой пузырь в асепти­ческих условиях устанавливают уретральный катетер с целью дренирования мочевого пузыря и снижения компрессии.

Установка портов. Для выполнения радикаль­ной простатэктомии предпочтителен трансперито­неальный доступ, который обеспечивает и облегчает выполнение всех этапов операции, включая лимфо- диссекцию, непосредственно простатэктомию, фор­мирование уретроцистоанастомоза.

Методика двойного треугольника. После уклад­ки и обработки операционного поля, иглой Verres супраумбиликально накладывают пневмоперитонеум. Эта техника позволяет снизить риск травматизации органов брюшной полости. Достигается внутрибрюшное давление 10 — 14 мм рт. ст. Для выполнения операции в общей сложности необходимо 6 портов. После достижения адекватного пневмоперитонеума иглу Verres удаляют и устанавливают порт 12 мм, под камеру. Первый оптический троакар вводят в параумбиликальной области на расстоянии не менее 15 см от лонного сочленения. Для установки остальных троакаров использует схему типа «ромб» (два равно­бедренных треугольника соединенных основанием). Анатомическими ориентирами являются лонное соч­ленение и правая и левая подвздошные ости (рис. 2).

 

Рисунок 2. Правило ромба

Figure 2. The rhomb rule

 

После установки камеры проводят визуальную ревизию брюшной полости на предмет случайного ранения органов и сосудов брюшной полости и забрюшинного пространства. Троакары устанавливают в соответствии с вышеописанной схемой на расстоя­нии не менее 8 см друг от друга.

После этого два 8 мм порта устанавливают при­мерно на расстоянии 10 см от средней линии, по диагонали, соединяющей верхний передний вертел с пупком. Данные порты используют для установки инструментов. Два дополнительных порта, латераль­ный 10 мм и медиальный 5 мм устанавливают справа для мануальной ретракции, работы с аспиратором и проведения шовного материала. Также можно уста­новить дополнительный 5 мм порт слева в зависимо­сти от сложности операции и необходимой помощи. Ассистенты находятся как правило справа или слева, тщательно контролируя установку инструментов. Это выполняют с целью предотвращения травматизации пациента. Также, с целью улучшения визуализации, используя отсос, ассистент должен удалять газ из брюшной полости.

Альтернативная методика установки портов. Оптический порт устанавливают параумбиликально. Роботические порты располагают по дуге на расстоя­нии не менее 8 см друг от друга. Роботические порты 1 и 2 устанавливают параректально с обеих сторон от оптического порта, смещаясь на 1-2 см каудальней. Роботический порт 3 располагают на 3 см выше над подвздошной остью. Ассистентский порт 12 мм устанавливают контралатерально от 3 роботического порта, может быть установлен дополнительный порт 5 мм между оптическим портом и портом 1 руки выше пупка на 2 см (рис. 3).

 

Рисунок 3. Альтернативный метод установки портов

Figure 3. An alternative method for setting ports

 

Подключение роботической консоли. Сначала подключают и вводят камеру, а затем уже все осталь­ные манипуляторы. Затем хирург дистанционно про­веряет поочередно работу каждого манипулятора чтобы избежать контакта инструментов и манипуля­торов между собой и исключить сдавление тканей пациента во время операции [5].

Используют следующие роботические инстру­менты: правая рукамонополярные ножницы, левая рука № 1- биполярный зажим, левая рука № 2- окончатый зажим. Справа устанавливают два ассистент­ских порта.

Первым этапом выполняют лимфодиссекцию в стандартном (до уровня перекреста подвздошных сосудов с мочеточником) и расширенном (до уров­ня бифуркации аорты или уровня отхождения ниж­ней брыжеечной артерии) объемах. При выборе объема ТЛАЭ рассчитывают онкологические группы риска и номограммы.

Этапы выполнения лимфодиссекции. Лимфо­диссекцию начинают с правой стороны. Сигму и ректосигмоидный отделы толстой кишки смещают справа налево, вскрывают брюшину над общей и наружной подвздошной артерией и веной. Выпол­няют прецизионную диссекцию жировой клетчат­ки с лимфатическими узлами из области общей, наружной и внутренней подвздошных артерий и вен, бифуркации аорты и пресакральной области, а также запирательной ямки. При работе в области запирательной ямки необходимым условием явля­ется постоянный визуальный контроль запиратель­ного нерва с целью исключения его пересечения или коагуляции. Очень важно попутно с помощью биполярного пинцета производить тщательный ге­мостаз, для того чтобы не потерять анатомические ориентиры, что может привести к тяжелым ослож­нениям, связанным с ранением магистральных со­судов и кровотечением. Проксимальную и дисталь­ную зоны лимфодиссекции клипируют с помощью пластиковых клипс. Как правило, всю удаленную клетчатку с лимфтическими узлами при заверше­нии операции погружают в тот же лапароскопиче­ский контейнер, что и предстательную железу [6][7].

После выполнения лимфаденэктомии хирург приступает к следующему этапу — переднему до­ступу к мочевому пузырю и простате. Первым анатомическим ориентиром служит урахус, кото­рый захватывают окончатым зажимом третьей руки робота и делают тракцию к крестцу. Выделение урахуса от брюшной стенки начинают по средней линии, ближе к пупку, также отделяют и переднюю стенку мочевого пузыря. Умбикальную связку пере­секают после ее коагуляции. Латеральной границей выделения является семявыносящий проток у места перекреста с подвздошной артерией. Далее выде­ление продолжают до лонной кости и симфиза. Ла­теральное выделение мочевого пузыря позволяет оптимизировать его мобильность и снижать натя­жение анастомоза.

С целью улучшения анатомической визуально­го контроля удаляют перипростатическую жировую клетчатку над железой и по боковым поверхно­стям. Визуализируют пубопростатические связки, m. levator ani, шейку мочевого пузыря и основание предстательной железы, латерально по бокам мож­но увидеть наиболее тонкие места f.endopelvica (рис. 4).

 

Рисунок 4. Вскрытие f. endopelvica

Figure 4. Opening f. Endopelvica

 

Вскрывают её по направлению к верхушке пред­стательной железы до пубопростатических связок, которые, как правило, не пересекаются и идентифи­цируют дорзальный венозный комплекс.

Далее выполняют замену инструментов 1-ой и 2-ой руки на иглодержатели. В абсолютном большин­стве случаев дорзальный венозный комплекс про­шивают несколько раз нитью V-loc 3/0 15cm. Число туров вариабельно и зависит от диаметра венозного комплекса. После последнего тура иглу фиксируют к надкостнице симфиза (рис. 5).

 

Рисунок 5. Прошивание дорзального венозного комплекса

Figure 5. Ligation of the dorsal venous complex

 

Затем производится обратная замена инструмен­тов 1-ой и 2-ой руки на монополярные ножницы и би­полярный пинцет. Переднюю стенку мочевого пузы­ря, как правило, вскрывают строго перпендикулярно. После вскрытия передней стенки мочевого пузыря и визуализации катетера Foley, баллон последнего опо­рожняют и выводят его в простатический отдел уре­тры для визуализации задней стенки шейки мочевого пузыря (рис. 6, 7).

 

 

Рисунки 6, 7. Этапы вскрытия шейки мочевого пузыря

Figures 6, 7. Stages of opening the bladder neck

 

Данный этап технически достаточно сложен у пациентов с выраженной средней долей, либо пере­несших ТУР простаты [4]. Третьей рукой захватывают предстательную железу у основания по передней полуокружности и осуществляют тракцию вверх и вперед для лучшей визуализации. Далее проводят заднюю диссекцию шейки мочевого пузыря, что яв­ляется также сложным этапом в плане дифферен- цировки анатомических слоев. Выделение должно осуществляться в направлении кзади до идентифи­кации переднего листка фасции Denonvilliers, покры­вающие семенные пузырьки и семенные протоки. После вскрытия фасции выделяют семенные прото­ки, которые пересекают и с помощью третьей руки захватывают с целью тракции вверх. Далее пооче­редно выделяют весь семенной комплекс, справа и слева. По возможности необходимо полностью уда­лить семенные пузырьки. Латеральнее от пузырьков визуализируются сосудистые ножки предстательной железы, диаметр которых различен в зависимости от размеров железы. Ножки клипируют пластиковыми клипсами Hem-o-lock.

Следующим этапом отделяют предстательную же­лезу от прямой кишки. В роботизированной методи­ке, как и в лапароскопической, используют антеградное выделение простаты. Весь семенной комплекс захватывают зажимом правой руки и делают тракцию кверху и кпереди. В зависимости от стадии заболе­вания выполняют либо полное пересечение фасции Denonvilliers и выход на параректалную жировую клетчатку, либо интрафасциальную методику, при которой задний листок фасции остается на передней поверхности прямой кишки. Предстательную железу мобилизуют в дистальном, до апекса, и латеральном направлениях от прямой кишки, по возможности, ту­пым путем, применяя электроэнергию лишь изредка, точечно коагулируя кровоточащие сосуды.

При возможности сохранения сосудисто-нервных пучков в процессе диссекции тканей и слоев практи­чески не используют электроэнергию [8]. Рассечение тканей начинают в средней части простаты, вдоль ла­теральной поверхности, тупым и острым путем и про­должают дистально, по направлению к апексу (рис. 8, 9). Для гемостаза используют маленькие клипсы Hem-o-lock, которые накладывает ассистент ближе к пред­стательной железе.

 

 

Рисунок 8, 9. Техника нервосбережения

Figure 8, 9. Nerve-Saving Technique

 

На данном этапе очень важна работа ассистента с аспиратором с целью улучшения визуализации, так как даже небольшой геморраж может привести к по­тере хирургом необходимого анатомического слоя.

В случаях, когда по онкологическим показате­лям нервосбережение не показано с целью диссек­ции возможно использование монополярных нож­ниц, электрокоагуляции. Клипирование сосудистых пучков осуществляется как можно дальше от желе­зы [8].

Диссекцию апекса осуществляют чаще всего так­же без использования электрокоагуляции. В плане анатомической хирургии данный этап по-своему сложен, так как волокна предстательной железы вплетаются в дорзальный венозный комплекс. Это в ряде случаев приводит к положительному хирурги­ческому краю и в последующем к биохимическому рецидиву. Наоборот, слишком дистальная резекция уретры сопряжена с риском развития недержания мочи в послеоперационном периоде. Поэтому дан­ный этап строго индивидуален у каждого отдельного пациента и зависит от размеров, формы предста­тельной железы, распространения онкологического процесса. Висцеральный слой f. endopelvica, кото­рый покрывает переднюю поверхность простаты, рассекают с сохранением пубо-простатических свя­зок. Волокна гладкой мускулатуры, которые исходят из периуретральных структур и проникают в капсулу апекса предстательной железы рассекают с приме­нением микродиссекции без использования любых видов энергии с целью максимального сохранения анатомических структур рабдосфинктера и уретры. В результате апекс предстательной железы освобож­дается по бокам, уретру пересекают на уровне се­менного бугорка (рис. 10) [9].

 

Рисунок 10. Интраоперационная картина после пересечения уретры

Figure 10. Intraoperative picture after crossing the urethra (DVC — dorsal venous complex)

 

После пересечения передней стенки мочеи­спускательного канала и визуализации катетера Foley, последний подтягивают в остающуюся часть уретры. При пересечении задней полуокружности, важным моментом является хорошая визуализация и помощь ассистента во избежание ранения пря­мой кишки.

Далее выполняют замену инструментов первой и второй рук на иглодержатели. Третью руку в большин­стве случаев отводят латерально и к передней брюш­ной стенке.

Следующим этапом выполняют переднюю и за­днюю реконструкцию тазового дна. Задняя рекон­струкция- так называемый шов «Rocco». С этой целью используется нить V-loc 3\0 на 26 игле 15 см или 23 см. Как правило, одной нити вполне достаточно. Суть методики хорошо описана и представляет собой све­дение шейки мочевого пузыря и уретры путем вос­становления целостности фасции Denonvilliers, а при ее иссечении, сшивание переднего листка фасции Denonvilliers и ректоуретральной мышцы. Для созда­ния первого слоя вкол иглы производят через кра­ниальную часть рассеченной фасции Denonvilliers и далее ушивают срединным швом справа налево (рис. 11, 12) [10].

 

Рисунок 11, 12. Шов «Rocco»

Figure 11,12. «Rocco» suture

 

Второй слой включает ретроперитонеальную фас­цию и срединный шов, и направление шва идет слева направо (рис. 13, 14).

 

Рисунки 13, 14. Этапы наложения второго слоя швов

Figures 13,14. Stages of imposing the second layer of sutures

 

Заключительный третий слой формируют путём соединения шейки мочевого пузыря (без вовлечения слизистой) и адвентиции задней части рабдосфин- ктера, и направление шва вновь идет справа налево (рис. 15, 16).

 

Рисунок 15, 16. Этапы формирования третьего слоя швов

Figure 15,16. Stages of formation the third layer of sutures

 

На данном этапе зачастую бывает полезна по­мощь ассистента в компрессии промежности. В каж­дом случае шов индивидуален и зависит от состояния и плотности, сшиваемых между собой тканей (остатки фасции Denonvilliers, ножки предстательной железы, задняя поверхность мочевого пузыря). Однако необ­ходимым условием шва является четкая симметрия вколов и выколов справа и слева, так как деформация в последующем может только ухудшать процесс на­ложения уретроцистоанастомоза. После завершения шва «Rocco» ассистентом подается новая нить V-loc 3\0 на 17 игле 15 см. Первый шов накладывается на 5 часах условного циферблата и далее на 6 и 7 часах (рис. 17, 18) [10].

 

Рисунки 17, 18. Этапы формирования анастомоза.

Figures 17,18. Schemes and photos. Stages of anastomosis formation.

 

Затем подают новую нить и шов начинают на 7 ча­сах в обратном направлении до 4-5 часов. После нити растягивают с целью формирования герметичной задней полуокружности анастомоза. Далее справа и слева следуют швы в среднем с шагом в 2 мм. На эта­пе формирования анастомоза крайне важна помощь операционной сестры, которая постоянно контроли­рует ход уретрального катетера, отводит его дистально при прошивании уретры и заводит за зону анасто­моза при затягивании нити. Срезают одну из игл. Обе нити связывают между собой на 12 часах. При запасе длины одной из нитей дополнительные швы могут быть наложены на дорзальный венозный комплекс, в случае кровотечения.

Реконструктивная фаза (передняя реконструк­ция). Начинается с правой стороны в направлении на­лево, сшивают мышечные волокна шейки мочевого пузыря с периуретральными тканями, расположен­ными между уретрой и дорзальным венозным ком­плексом с целью восстановления исходной анатомии и укрепления анастомоза (рис. 19, 20).

 

Рисунки 19, 20. Этапы передней реконстуркции (вид сверху и вид сбоку)

Figures 19, 20. Front reconstruction stages (top view and side view)

 

Используя тот же шов и возвращаясь к исходной точке, висцеральный слой внутритазовой фасции и подлежащие слои, которые покрывают переднюю по­верхность мочевого пузыря, подшивают к части вну­тритазовой фации, которая покрывает дорзальный венозный комплекс с фиксацией пубопростатических связок, которые теперь могут быть переименованы в «пубовезикальные связки» (рис. 21, 22) [10].

 

Рисунок 21. Окончательный вариант передней реконструкции (вид сверху).

Figure 21. Final version of the front reconstruction (top view)

 

 

Рисунок 22. Окончательный вариант передней реконструкции (вид сбоку)

Figure 22. Final version of the front reconstruction (side view)

 

Для этого используют однорядный непрерывный шов нитью V-Loc 180 3/0. В результате окончания рекон­структивной фазы анастомоз защищён тремя задними слоями и двумя передними с полным восстановлени­ем анатомии периуретральных структур (рис. 23).

 

Рисунок 23. Окончательный вариант передней и задней реконструкции

Figure 23. Final front and rear reconstruction

 

Производят смену уретрального катетера Foley, проверяют герметичность анастомоза заполнением полости мочевого пузыря 150 мл физиологического раствора. При отсутствии подтекания жидкости пред­стательную железу, жировую клетчатку с лимфоуз­лами погружают в лапароскопический контейнер. Выполняют окончательный гемостаз (предваритель­но один из инструментов меняют на биполярный пинцет). В ряде случаев в парауретральную область и область ножек удаленной предстательной желе­зы укладывают гемостатическую вату Surgicell©.

Устанавливают страховой дренаж 16 Fr вместо одного из латеральных роботизированных портов. В последующем дренаж удаляют на первые сутки по­сле операции. Извлекают роботические инструменты, отсоединяют манипуляторы. Пациента положением стола, переводят в горизонтальное положение. Че­рез порт камеры удаляют макропрепарат в контей­нере. Послойно ушивают отверстия портов. Длина центрального разреза, через который извлекают пре­парат, как правило зависит от размера железы и не превышает 4-5 см. Рану ушивают послойно. Отдельно брюшину и апоневроз нерассасывающейся монофиламентной прочной нитью узловыми швами, далее подкожную клетчатку и кожу.

Послеоперационное ведение

После завершения операции все пациенты в те­чение 12 часов находятся в отделении реанимации, в последующем переводятся в профильное отделение. Полноценное питание возможно через 24 часа после операции [11]. Восстановительный процесс включает в себя раннее удаление дренажа, раннюю активиза­цию больного, адекватную аналгезию. Также прово­дится профилактика тромбоэмболических осложне­ний.

На 10-е сутки удаляются кожные швы. Всем паци­ентам выполняют цистографию в прямой и полубоковой проекциях. Вводится 150 мл физиологического раствора с контрастным веществом. Уретральный ка­тетер удаляют на 7-10 сутки.

Среднее время операции составляло 246 минут. При этом по мере накопления опыта этот показатель снижался.

Средний объём кровопотери 283 мл Гемотрансфу­зия потребовалась в 5 наблюдениях.

Осложнения радикальной робот-ассистированной лапароскопической простатэктомии

Что касается послеоперационных осложнений, то они наблюдались в единичных случаях. В основном это были лимфоцеле, пневмония, сердечно-сосуди­стые осложнения, что требовало проведения соответ­ствующей консервативной терапии. В 1 наблюдении у пациента по поводу ранения правой наружной под­вздошной артерии выполнялась конверсия и ушива­ние дефекта сосуда. В 2 наблюдениях в раннем после­операционном периоде возникало внутрибрюшное кровотечение, потребовавшее экстренного оперативного вмешательства.

Средняя продолжительность пребывания боль­ных в стационаре составляла 12±0,4 койко-дня с уче­том того, что в подавляющем большинстве случаев пациенты находились в стационаре после операции в течение 10 суток, до удаления уретрального катетера.

1. Hirsch AE, Cuaron JJ, Janicek MJ, Mui K, Lee RJ, Wang DS, Babayan RK, Zumwalt AC, Gignac GA, Tao W, Ozonoff A, Zietman AL. Anatomic diff erences after robotic-assisted radical prostatectomy and open prostatectomy: implications for radiation fi eld design. Pract Radiat Oncol. 2011;1(2):115-25. DOI: 10.1016/j.prro.2010.11.007

2. Alemozaff ar M, Sanda M, Yecies D, Mucci LA, Stampfer MJ, Kenfi eld SA. Benchmarks for operative outcomes of robotic and open radical prostatectomy: results from the Health Professionals Follow-up Study. Eur Urol. 2015;67(3):432-438. DOI: 10.1016/j.eururo.2014.01.039

3. Mottet N, Bellmunt J, Bolla M, Briers E, Cumberbatch MG, De Santis M, Fossati N, Gross T, Henry AM, Joniau S, Lam TB, Mason MD, Matveev VB, Moldovan PC, van den Bergh RCN, Van den Broeck T, van der Poel HG, van der Kwast TH, Rouvière O, Schoots IG, Wiegel T, Cornford P. EAU-ESTROSIOG Guidelines on Prostate Cancer. Part 1: screening, diagnosis, and local treatment with curative intent. Eur Urol. 2017;71(4):618-629. DOI: 10.1016/j.eururo.2016.08.003

4. Робот-ассистированная радикальная простатэктомия: рук. для врачей / Д.Ю. Пушкарь [и др.]. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014.

5. Sood A, Jeong W, Peabody JO, Hemal AK, Menon M. Robotassisted radical prostatectomy: inching toward gold standard. Urol Clin North Am. 2014;41 (4):473-484. DOI: 10.1016/j.ucl.2014.07.002

6. Magi-Galluzzi C, Evans AJ, Delahunt B, Epstein JI, Griffi ths DF, van der Kwast TH, Montironi R, Wheeler TM, Srigley JR, Egevad LL, Humphrey PA; ISUP Prostate Cancer Group. International Society of Urological Pathology (ISUP) Consensus Conference on Handling and Staging of Radical Prostatectomy Specimens. Working group 3: extraprostatic extension, lymphovascular invasion and locally advanced disease. Mod Pathol. 2011;24(1):26-38.DOI: 10.1038/modpathol.2010.158

7. Fossati N, Willemse PM, Van den Broeck T, van den Bergh RCN, Yuan CY, Briers E, Bellmunt J, Bolla M, Cornford P, De Santis M, MacPepple E, Henry AM, Mason MD, Matveev VB, van der Poel HG, van der Kwast TH, Rouvière O, Schoots IG, Wiegel T, Lam TB, Motiet N, Joniau S. The benefi ts and harms of diff erent extents of lymph node dissection during radical prostatectomy for prostate cancer: a systematic review. Eur Urol. 2017;72(1):84-109.DOI: 10.1016/j.eururo.2016.12.003

8. Cooperberg MR, Pasta DJ, Elkin EP, Litwin MS, Latini DM, Du Chane J, Carroll PR. The University of California, San Francisco Cancer of the Prostate Risk Assessment score: a straightiorward and reliable preoperative predictor of disease recurrence after radical prostatectomy. J Urol. 2005;173(6):1938-42.DOI: 10.1097/01.ju.0000158155.33890.e7

9. Banapour P, Patel N, Kane CJ, Cohen SA, Parsons JK. Roboticassisted simple prostatectomy: a Systematic review and report of a single institution case series. Prostate Cancer Prostatic Dis. 2014;17(1):1-5.

10. Porpiglia F, Bertolo R, Manfredi M, De Luca S, Checcucci E, Morra I, Passera R, Fiori C. Total anatomical reconstruction during robot-assisted radical prostatectomy: implications on early recovery of urinary continence. Eur Urol. 2016;69(3):485-495.DOI: 10.1016/j.eururo.2015.08.005

11. Autorino R, Zargar H, Mariano MB, Sanchez-Salas R, Sotelo RJ, Chlosta PL, Castillo , Matei DV8, Celia A, Koc G, Vora A, Aron M, Parsons JK, Pini G, Jensen JC, Sutherland D, Cathelineau X, Nuñez Bragayrac LA, Varkarakis IM, Amparore D, Ferro M, Gallo G, Volpe A, Vuruskan H, Bandi G, Hwang J, Nething J, Muruve N, Chopra S, Patel ND, Derweesh I, Champ Weeks D, Spier R, Kowalczyk K, Lynch J, Harbin A, Verghese M, Samavedi S, Molina WR, Dias E, Ahallal Y, Laydner H, Cherullo E, De Cobelli O, Thiel DD, Lagerkvist M, Haber GP, Kaouk J, Kim FJ, Lima E, Patel V, White W, Motirie A, Porpiglia F. Perioperati ve Outcomes of Robotic and Laparoscopic Simple Prostatectomy: A European-American Multi-institutional Analysis. Eur Urol. 2015;68(1):86-94. DOI: 10.1016/j.eururo.2014.11.044

робот-пылесос Trombia Technologies для уборки улиц — Техника на vc.ru

Устройство протестировали в Финляндии.

В Хельсинки и Эспоо протестировали тихого робота-пылесоса Trombia Free, сообщает Cities Today.

Trombia Free — это автономное электрическое устройство. Робот потребляет только 15% энергии и небольшое количество воды, которая понадобилась бы обычной чистящей машине, и не производит вредных выбросов. Устройство замечает препятствия и пешеходов на пути. Во время работы за роботом следил оператор.

Уличный пылесос — одна из разработок компании Trombia Technologies. Тесты «умной» техники на улицах Финляндии проводит компания Jätkäsaari Mobility Lab. Самые удачные разработки внедрят в других городах страны.

4402 просмотров

{ «author_name»: «Маша Цепелева», «author_type»: «editor», «tags»: [«\u0440\u043e\u0431\u043e\u0442\u044b»], «comments»: 19, «likes»: 18, «favorites»: 18, «is_advertisement»: false, «subsite_label»: «tech», «id»: 241058, «is_wide»: false, «is_ugc»: false, «date»: «Fri, 30 Apr 2021 22:17:15 +0300», «is_special»: false }

{«id»:781084,»url»:»https:\/\/vc.ru\/u\/781084-masha-cepeleva»,»name»:»\u041c\u0430\u0448\u0430 \u0426\u0435\u043f\u0435\u043b\u0435\u0432\u0430″,»avatar»:»7642f030-f4f8-5320-a8aa-753970b8db87″,»karma»:4670,»description»:»»,»isMe»:false,»isPlus»:false,»isVerified»:false,»isSubscribed»:false,»isNotificationsEnabled»:false,»isShowMessengerButton»:false}

{«url»:»https:\/\/booster.osnova.io\/a\/relevant?site=vc»,»place»:»entry»,»site»:»vc»,»settings»:{«modes»:{«externalLink»:{«buttonLabels»:[«\u0423\u0437\u043d\u0430\u0442\u044c»,»\u0427\u0438\u0442\u0430\u0442\u044c»,»\u041d\u0430\u0447\u0430\u0442\u044c»,»\u0417\u0430\u043a\u0430\u0437\u0430\u0442\u044c»,»\u041a\u0443\u043f\u0438\u0442\u044c»,»\u041f\u043e\u043b\u0443\u0447\u0438\u0442\u044c»,»\u0421\u043a\u0430\u0447\u0430\u0442\u044c»,»\u041f\u0435\u0440\u0435\u0439\u0442\u0438″]}},»deviceList»:{«desktop»:»\u0414\u0435\u0441\u043a\u0442\u043e\u043f»,»smartphone»:»\u0421\u043c\u0430\u0440\u0442\u0444\u043e\u043d\u044b»,»tablet»:»\u041f\u043b\u0430\u043d\u0448\u0435\u0442\u044b»}},»isModerator»:false}

Робототехника в строительстве

Вступление

Согласно новому отчету, подготовленному Всемирным экономическим форумом, до 2020 года роботами будут заняты почти полмиллиона рабочих мест в строительстве. Многие эксперты сравнивают эту цифровую революцию с промышленной. О применении робототехники в строительстве зданий и сооружений мы рассказываем в этой статье.

Технологические изменения, которые, как ожидается, произведут революцию в отрасли — это мобильные «роботы-строители», которые могут эффективно укладывать кирпичи, а также мобильные 3D-принтеры, которые могут реагировать на изменения окружающей среды. Практически в каждом случае технологии, основанные на искусственном интеллекте, способны выполнять свои задачи быстрее, эффективнее и безопаснее, чем их коллеги-люди.

Содержание

Роботизация и цифровое проектирование BIM

В процессе строительства часто возникают сложности из-за неточных расчетов при проектировании строительного объекта, несовершенной связи с подрядчиками, пресловутого человеческого фактора и пр. Как роботизация поможет избежать всех этих проблем и ускорить процесс проектирования, вывести его на новый качественный уровень?

Робот-манипулятор на строительной площадке. Источник: https://www.robotics.org/

Для этого существует технология BIM (Building Information Modeling или Building Information Model) — информационное моделирование здания или информационная модель здания.

Данный подход к возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания (к управлению жизненным циклом объекта) предполагает сбор и комплексную обработку в процессе проектирования всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании со всеми её взаимосвязями и зависимостями, когда здание и всё, что имеет к нему отношение, рассматриваются как единый объект. То есть разрабатывается трёхмерная модель здания, связанная с информационной базой данных, в которой каждому элементу модели можно присвоить дополнительные атрибуты.

Особенность такого подхода заключается в том, что строительный объект проектируется фактически как единое целое. И изменение какого-либо одного из его параметров влечёт за собой автоматическое изменение остальных связанных с ним параметров и объектов, вплоть до чертежей, визуализаций, спецификаций и календарного графика.

BIM имеет заметные преимущества в процессе проектирования. Этот процесс 

• упрощает задачи архитекторов и инженеров, повышает их производительность
• ускоряет обмен данными 
• экономит время и усилия 
• сокращает количество документов и официальных разрешительных документов 
• улучшает цикл проверки и модификации.

Однако, как показывает практика, точная модель BIM не будет точно построена. Почему? Из-за опоры на ручные операции. Независимо от того, насколько профессиональны мастера, ошибки возникают.

Эти технические ошибки, независимо от простоты конструкции, например, если колонна была посажена в нескольких сантиметрах от задуманного положения, координаты балок и других конструктивных элементов следует пересмотреть и переместить. В этом случае подрядчик отправляет технический отчет руководителю проекта с описанием ошибок, который, в свою очередь, попросит незамедлительно встретиться с командами разработчиков для срочного решения.

Команда решает, следует ли переделать какую-то колонку или изменить весь дизайн в соответствии с ошибкой. Оба решения – трата времени, что приводит к задержкам в графике строительства проекта и дополнительным затратам.

Таким образом, проблема заключается в отсутствии интеграции между BIM и подрядчиками. Сборные конструктивные элементы могут быть установлены неправильно, если использовались методы старой конструкции. Следовательно, технология должна быть эффективно задействована для точной передачи технических данных моделей. Как? Используя роботов.

Роботы используются в большинстве отраслей промышленности, что повышает их производительность и эффективность. Но в строительстве их пока мало. Бизнес, задействовавший роботов, определенно будет иметь большие преимущества в процессе строительства. Потому что:

• роботы уменьшают количество ошибок и переделок – удваивают точность установки, тщательно строят модель и буквально реализуют ее
• экономят время и достигают эффективного графика  
• управляют процессом строительства и сокращают количество отходов
• роботы будут способны производить сложные геометрические формы, которые раньше было невозможно построить.

Примеры использования роботов с технологией BIM

Swinerton Builder – первая фирма, которая применила программное обеспечение Tekla Structures/LM80 и интегрировала его с портативным программным обеспечением.

Tekla Structure BIM в строительном проекте Waikiki Plaza в Гонолулу. Источник: https://www.arch3o.com

Программное обеспечение Trimble LM80 способно точно передавать данные из Tekla Structure Layout Manager в Trimble Robotic Stations, устанавливая координаты конструктивных элементов на сайте.

Благодаря этой связи специалисты получают точную и скоординированную информацию на местах. До интеграции между Tekla Structures и программным обеспечением Trimble LM80 большая часть их времени была потрачена в офисе на разработку адекватных схем измерений с обратными проверками.

Источник: https://www.arch3o.com

В рамках своей инициативы по виртуальному проектированию и строительству Swinerton стал национальным лидером в области применения методов информационного моделирования зданий (BIM) и 3D-моделирования, оценки, моделирования и планирования. Фирма применила эту технологию в 162 проектах общей площадью более 49,9 миллиона квадратных футов и общей стоимостью строительства более 11 миллиардов долларов.

Самое высокое здание в Юго-Восточной Азии – небоскреб Landmark 81, расположенный в центральном районе Хошимина, Вьетнам – также построено с использованием технологии BIM.

«Наш переход на BIM в 2015 году и внедрение решений Tekla сыграли важную роль в укреплении доверия наших клиентов к реализации крупных сложных проектов», – отметил Хо Ван Тао, директор по проектам Coteccons, основной подрядчик строительства небоскреба.

Источник: https://www.arch3o.com

Именно эта компания стала первым местным подрядчиком, получившим проект такого масштаба, обойдя другие международные фирмы. Причем проект был завершен на 45 дней раньше запланированного срока.

Типы строительных роботов

Есть несколько различных типов строительных роботов, которые готовы ворваться на строительный рынок в массовом масштабе. Во-первых, это роботы 3D-печати, которые смогут строить большие здания по требованию. Мобильный роботизированный манипулятор управляет 3D-принтером, и с помощью набора предварительно запрограммированных инструкций эта система 3D печатает целое конструктивно безопасное здание.

Данная технология также начинает использоваться для строительства мостов. Ведущую роль во внедрении технологии 3D-печати в строительстве мостов играют Нидерланды, США и Китай.

Первый в мире мост, напечатанный на 3D-принтере, открыли осенью 2017 года в Нидерландах. Мост предназначен для мотоциклов либо велосипедов, однако выдержать может и вес 40 грузовиков.

«Одним из преимуществ печати моста является то, что требуется гораздо меньше бетона, чем в обычной технике, в которой заполняется пресс-форма. Принтер размещает бетон только там, где это нужно», – отмечает представитель технологического университета Эйндховена.

Мост соединяет две дороги над небольшим ручьем в городе Гемерт и выполнен из предварительно спрессованного железобетона. Сообщается, что восьмиметровый мост состоит из около 800 печатных слоев и собирается на месте. Создавался мост с использованием технологии 3D-печати методом дуговой сварки. Конструкция была, фактически, «выращена» специальным роботом со сварочным аппаратом.

Удачное сочетание 3D-печати и промышленных роботов является одной из наиболее перспективных технологий автоматизации в строительной отрасли.

Инженеры показали как можно использовать роботов Universal в строительной сфере

Источник: Construction Robotics

В лаборатории Autodesk (Сан Франциско, США) были представлены исследовательские проекты, направленные на изучение автоматизации строительной области. В исследованиях инженерам помогали роботы Universal Robots.

Разработчики охватили разные пути развития взаимодействия человека и робота, а также методы управления и координирования действий машин. Также в лаборатории были представлены роботы с разными сценариями машинного обучения: начиная с роботов-художников и заканчивая механизмами, которые способны конструировать сложные объекты и проводить ремонтные работы.

Строительные роботы для кладки кирпичей

Роботы для кладки кирпичей уже успешно заменяют строителей на сотнях британских строительных площадках. Такие роботы способны укладывать в шесть раз больше кирпичей, чем строители за день, и никогда не нуждаются в перерыве на отдых. Строительные роботы для кирпичной кладки заметно улучшают скорость и качество строительных работ.

Пример

Нью-йоркская фирма Construction Robotics разработала робота под названием SAM (сокращение от Semi-Automated Mason), который может укладывать 3000 кирпичей в день. Это значительно больше, чем у большинства строителей-людей, которые могут укладывать в среднем 500 кирпичей в день. SAM100 – первый коммерчески доступный робот для кирпичной кладки для строительства на месте кладки.

Австралийская компания Fastbrick Robotics также разработала концептуальную коммерческую машину для кирпичной кладки под названием Hadrian X.

Благодаря автоматизированному проектированию структуры дома робот-каменщик Hadrian X сможет обрабатывать автоматическую загрузку, резку, укладку всех кирпичей для создания цельной конструкции.

Строительные 3D-принтеры

3D-печать в строительстве можно использовать в частном, коммерческом, промышленном и государственном секторах. Потенциальные преимущества этих технологий включают более быстрое строительство, более низкие трудозатраты, повышенную сложность и точность, большую интеграцию функций и меньшее количество производимых в процессе строительства отходов.
Существуют разные методы 3D-печати, используемые в строительстве, в том числе:

• экструзия (бетон/цемент, пена, полимеры)
• порошковое соединение (полимерное соединение, химическое соединение, спекание)
• аддитивная сварка.

3D-печать в строительной отрасли помогает сэкономить время, усилия и материалы по сравнению с традиционными методами строительства.

Пример

Американский стартап ICON и благотворительная организация New Story презентовали быструю 3D-печать жилых домов.

Разработчики заявили, что строительному принтеру требуется от 12 до 24 часов, чтобы распечатать простой одноэтажный дом площадью 60 квадратных метров. Максимальная площадь здания, которое может сделать принтер, не превышает 80 квадратных метров.

Представители ICON отметили, что эта технология отличается низкой стоимостью. Один дом на этом этапе разработки обойдется в 10 тысяч долларов, однако в будущем стартаперы обещают снижение до 4 тысяч долларов.

Источник: https://www.iconbuild.com/

После печати стен, строители устанавливают окна, деревянную крышу, базовую сантехнику и электропроводку, которую можно провести прямо внутри стен. Вся установка, включая отделку, занимает меньше дня. В будущем ICON планирует разработать роботов, которые будут устанавливать окна и крышу после окончания печати и дроны, которые могли бы заняться покраской помещения.

Также в компании представили принтер Vulcan, c помощью которого они будут печатать дома. Несмотря на большой вес, его можно переносить с места на место. Vulcan печатает обычную смесь бетона, которая укладывается в 100 нитей толщиной в дюйм и сохраняет форму по мере затвердевания. Стены продолжают твердеть в течение нескольких дней после печати, но начать жить в доме можно уже сразу после производства.

В будущем компании надеются коммерциализировать свои технологии внутри США, где, по их словам, в некоторых городах нехватка жилья ощущается еще острее, чем в развивающихся странах.

В качестве эксперимента ICON и New Story построят район из ста типовых домов в Сальвадоре – самой густонаселенной стране Центральной Америки. В портфолио компании уже есть несколько реализованных зданий в Боливии и Гаити. А первый дом они напечатали в Остине, родном городе разработчиков.

Когда роботы и 3D-принтеры работают сообща

3D-печать потенциально способна революционизировать способы производства и создания предметов людьми, от крошечных до очень больших. Объединяя роботов с 3D-принтерами, партнерская компания KUKA Branch Technology, работающая с архитекторами в Gould Turner Group, в корне меняет подход архитекторов и дизайнеров не только к созданию окончательной конструкции, но и к тому, как эта конструкция проектируется от начала до конца.

На видео показаны архитекторы, использующие композитные материалы (рубленые гранулы ABS, армированные углеродным волокном) для 3D-печати сверхпрочных строительных лесов, которые также могут удерживать традиционные строительные материалы. И результаты не только визуально впечатляют, но и очень практичны, как и многие естественные древовидные структуры.

Источник: https://www.kuka.com/

Данная технология создает сложность ячеистой конструкции, в которой применяются экономичные строительные материалы для обеспечения функциональности и прочности конструкции стены. Композитные структуры создаются с использованием той же методологии, с которой строит природа. Как кости в нашем теле или деревья в лесу, оптимизированная геометрия становится прочной и функциональной благодаря материалу, заполняющему матрицу. Внутренние и наружные скины могут быть затем обработаны любым способом.

В основе Cellular Manufacturing лежит запатентованный компанией 3D Technology процесс печати в произвольной форме. Печать в свободной форме на открытом пространстве не ограничивается медленным, послойным процессом сборки традиционной 3D-печати. Алгоритм компании создает как геометрию, так и роботизированное движение для конструирования сложных геометрий в открытом пространстве без использования вспомогательных материалов или строго контролируемых условий строительства.

Роботы FANUC повышают эффективность производства строительных материалов

Источник: https://www.fanucamerica.com/products/robots

FANUC Robotics работает над повышением эффективности производства строительных материалов с использованием роботизированных систем. Использование роботов для резки, укладки и упаковки на поддоны строительных материалов повышает эффективность, поскольку роботизированные системы могут выполнять задачи быстрее и с большей точностью. Созданные FANUC Robotics роботы могут манипулировать изоляцией из стекловолокна и пенопласта, различными облицовочными материалами, чтобы соответствовать уникальному заказу каждого клиента, и они могут выполнять это с минимальными затратами времени.

Например, система FANUC Robotics может резать, укладывать в коробки, а затем на поддоны 42 метра изоляции полиизоциануратных плит в минуту. А различные способы ламинирования производят еще быстрее – до 67 метров в минуту. Компании, которые интегрируют роботов в свой рабочий процесс, становятся более эффективными и конкурентоспособными.

Роботы для переноски и установки листовых материалов

Управляемые человеком роботы, предназначенные для подъема и установки больших стеклянных панелей, сэндвич-панелей, металлических листов и других строительных элементов — особенно тех, которые обладают немалой ценностью и габаритами. Применяют такие устройства там, где неудобно использовать традиционные – подъемные краны или подъемники.

Пример

Лидер этого сегмента рынка – компания GGRgroup, Великобритания. Среди выпускаемой продукции, например, робот Geko PV+ и «тяжеловес» Oscar 1000, способный поднимать грузы весом в 1 тонну.

Самоходный вакуумный подъемник-робот Geko PV представляет собой коленчато-локтевой подъемник с мощными приспособлениями для вакуумного захвата материалов. Способен удерживать плоские, тяжелые габаритные материалы, как в вертикальном, так и в горизонтальном положении с возможностью поворота до 180 градусов. Предназначен для использования в помещениях (не подходит для использования под дождем). Удерживает до 175 кг, поднимает в высоту до 3 м. Батареи без подзарядки хватает на 8 часов работы.

Роботы-краны

Новая техника автоматического возведения стальных конструкций в высотных зданиях называется системой RCA (автоматизированная строительная система на основе робототехники и кранов). Система RCA может быть разделена на четыре основные системы:

1. Система контроля и управления
2. Система сборки материала
3. Система сборки балки
4. Система строительства объекта (CF).

Использование роботов-кранов повышает эффективность строительства и облегчает проблему нехватки рабочей силы.

Компания GGR Group (Великобритания) считается №1 для подъемных решений в строительстве.

Пример

Источник: https://www.ggrgroup.com/

Мини-гусеничный кран-робот MCC 804 обладает мощной грузоподъемностью крана-манипулятора и способен достигать высоты мини-крана-паука. Этот гусеничный кран грузоподъемностью 8 тонн может подниматься до максимальной рабочей высоты 13,7 метра с помощью четырехсекционной телескопической выдвижной стрелы, которая может точно регулироваться джойстиком.

По словам главного исполнительного директора GGR Group Грэма Райли, компании по всей Европе значительно расширяют свой парк кранов-роботов и кранов-пауков. Спрос на эти специализированные мини-краны для подъема в самых компактных и сложных условиях никогда не был выше.

Роботы Kuka для строительства из дерева

Источник: http://roboticsandautomationnews.com/

Робот Kuka серии KR Quantec помог построить новый исследовательский павильон в университете Штутгарта, буквально сшивая детали. Впервые Институт вычислительного проектирования (ICD) и Институт строительных конструкций и конструкторских разработок (ITKE) использовали технологии промышленного шитья для деревянного строительства.

Для павильона промышленный робот изготовил в общей сложности 151 различный сегмент с радиусом изгиба от 30 до 75 см. Эта легкая конструкция весит 780 кг, простирается на 9,3 м и занимает общую площадь 85 м².

Как крупный морской краб: завершенный исследовательский павильон в университете Штутгарта.

Источник:  ICD / ITKE, Штутгартский университет

В целом, этот новый исследовательский павильон демонстрирует, как взаимодействие между материалом, формой, пространством, несущей конструкцией и роботизированным производством может привести к появлению инновационных деревянных конструкций.

Роботы для сноса зданий

Роботы для сноса сооружений хотя и работают медленнее, чем бригады по сносу, но они гораздо безопаснее и дешевле, когда речь идет о сносе бетонных и конструктивных элементов здания в конце его жизненного цикла.

Эти мобильные роботы используют разнообразные инструменты, такие как дробилки, сеялки или ковши, чтобы разрушать строительные материалы. Большинство роботов для сноса напоминает небольшие экскаваторы, только без кабины.

В настоящее время роботы-сносчики занимают 90% всего рынка строительных роботов. Они являются одними из первых коммерчески жизнеспособных строительных роботов, которые занимаются приложениями в исторически трудоемкой отрасли.

Автоматизация сноса – это безопасность и эффективность, которые обеспечивают существенную экономию средств для строительных и сносящих компаний. Снос – опасная работа.

Роботизированная автоматизация избавляет людей от опасности и позволяет им выполнять более продуктивные задачи, что является основным преимуществом роботов, о которых говорил отец робототехники Джозеф Энгельбергер. Роботы для сноса также не нуждаются в перерывах и могут работать днем и ночью, чтобы завершить работу по сносу быстрее, чем когда-либо прежде. Хотя роботы-сносчики имеют высокую начальную стоимость, что и следует ожидать от совершенно новой технологии, они рентабельны в долгосрочной перспективе, обеспечивают окупаемость инвестиций во времени и экономию труда.

Роботы для сноса обеспечивают столь необходимую безопасность, эффективность и экономию затрат в столь трудоемкой отрасли. Обладая мощным потенциалом роста, роботы для сноса способны возглавить волну автоматизации в строительстве.

Пример

Brokk 330D – один из телеуправляемых роботов-разрушителей в обширном семействе Brokk одноименного производителя из Швеции. Не требует подключения к сети промышленного тока за счет использования дизельного двигателя. Компактный, размер робота меньше, чем у экскаватора, способного работать с навесным оборудованием той же мощности.

Телеуправляемый робот для демонтажа (разрушения) среднего класса. Для использования в строительстве, а также на цементных производствах, в различных процессах и в ядерной индустрии. Компактный робот, способный наносить удары силой до 410 джоулей. Может работать с различными видами полезной нагрузки. Используется в России структурами МЧС в составе комплекса Брокк-180 в 2017 году.

Дроны в строительстве

Использование дронов в строительстве – новая технология с большим потенциалом. Вместе с 3D-печатью и роботами это произведет революцию в архитектурно-строительной сфере.

Уже сегодня архитектурные и строительные фирмы могут применять квадрокоптеры для сбора геодезической информации о территории, для контроля работ и создания маркетинговых материалов. Дроны, оснащенные камерами высокой четкости, инфракрасными сканерами и тепловыми датчиками, позволяют собирать важные данные, которые могут повлиять на проект еще на этапе проектирования.

Квадрокоптеры могут не только собирать информацию, но красить, очищать поверхность на высоте и других труднодоступных местах, доставлять определенные грузы.

Источник: https://fort.kh.ua/

Пример

Американская компания Apellix представила автоматизированную малярную систему Worker Bee, которая использует для распыления краски квадрокоптер. Вы просто размещаете дрон рядом с объектом покраски и выбираете кнопку START на интерфейсе пользователя. Затем бортовой компьютер берет всё на себя, выполняя все управление полетом и тестирование, прежде чем вернуться в безопасную зону в ожидании дальнейших инструкций.

Заглядывая в будущее

Для кого-то космос – это нечто темное, далекое и недосягаемое, а для кого-то – мечта познать неизведанное, возможность расширить сферу влияния человечества, колонизировать новые планеты, добывать полезные ископаемые на астероидах…

В мае 2019 года НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, США) подвело итоги своего масштабного конкурса по «изобретению» жилья, которое можно использовать при колонизации Марса, Луны и других планет.

Победителем завершающего этапа стало нью-йоркское «мультипланетарное архитектурное и технологическое проектное агентство» AI SpaceFactory. Конкурс 3D-Printed Habitat Challenge стартовал в 2015 году и состоял из нескольких серий. В общей сложности в этом «долгоиграющем» проекте НАСА успели проявить себя 60 команд.

Проект MARSHA. © AI SpaceFactory and Plomp

Финальное состязание проходило в мае 2019 года на полигоне Университета Брэдли, штат Иллинойс. За три дня участники должны были построить прототип своего проекта с помощью роботов и 3D-принтера. Марсианское жилище MARSHA высотой 4,5 метра (в три раза меньше предполагаемого оригинала), предложенное AI SpaceFactory, привлекло судей своим «гуманистическим» дизайном. Инженеры намеренно отказались от популярных в космической архитектуре объемов: вместо опирающегося на поверхность планеты купола или врытого туда наполовину бункера они предложили структуру в форме вытянутого яйца. Разработчики позаботились не только о минимальном воздействии на окружающую среду, но и психологическом комфорте членов экспедиции.

Четырехэтажное здание заполнено естественным светом, поступающим из большого проема в потолке и небольших окон по периметру. Окна расположены на всех четырех этажах и в совокупности охватывают панораму на все 360° вокруг постройки.

Обстановка марсианского укрытия приближена к домашней: здесь есть отдельные каюты для членов экипажа, комната для неформального общения и отдыха и даже мини-сад. От больших перепадов температур на «красной планете» обитателей MARSHA призваны спасти двойные стены. Большое внимание авторы проекта также уделили устойчивости сооружения к атмосферному давлению и структурным нагрузкам.

Судьи оценили экологичность строительного материала, а также долговечность, герметичность и прочность постройки. Конструкция сделана из смеси базальтового волокна (на Марсе его собираются добывать из местного грунта) и биопластика на растительной основе. По итогам испытаний этот материал оказался более прочным и долговечным, нежели его бетонный конкурент.

Как пояснил основатель AI SpaceFactory Дэвид Мэлотт в интервью на сайте Space Bandits, самым большим препятствием для строительства в космосе является чрезвычайно дорогая транспортировка стройматериалов. Так, по словам Мэлотта, за 100 млн долларов на Луну можно привезти 5 тонн груза, при этом средний дом на Земле весит около 50 тонн. Поэтому строительство аналогичного на Луне обойдется в 1 млрд долларов, а чтобы доставить на Луну все необходимые ресурсы, потребуется около 10 рейсов. «За ту же цену мы могли бы посадить [на Луну] 50 роботизированных аппаратов и построить [целую] лунную деревню – когда научимся собирать материалы с поверхности», – говорит основатель космического стартапа.

Технологии строительства на далеких небесных телах инженеры надеются адаптировать под земные нужды.

«Колонизация Луны и Марса проложит путь к исследованию дальнего космоса и обеспечит доступ к энергии и ресурсам. Земля имеет ограниченное количество ресурсов, и [хотя] мы уже привели наш климат к критической точке, треть планеты [все еще] живет в непригодных условиях. Технологии AI SpaceFactory, разработанные для космоса, изменят подход к строительству на Земле», – уверен Дэвид Мэлотт. 

В ближайшее время агентство планирует приступить к проекту TERA (от terrestrial analogue) – «земному аналогу» MARSHA. Финансирование планируется собрать по схеме краудфандинга.

Сделано в космосе: будущее за строительством на орбите

Источник: Made In Space, Inc.

Made In Space, Inc. – одна из самых опытных в мире компаний, специализирующаяся в области космического производства. Компания была основана в 2010 году и имеет офисы во Флориде, Калифорнии, Алабаме и Огайо. Made In Space удалось использовать уникальные свойства космической среды для разработки производственных решений для решения задач в коммерческом, промышленном, исследовательском и оборонном секторах.

Одна из флагманских программ Made In Space – Archinaut. Эта программа предоставляет широкий спектр возможностей, включая производство в космосе и сборку опорных конструкций для больших телескопов, ремонт, расширение или перепрофилирование существующих космических аппаратов, а также беспилотную сборку новых космических станций.

Archinaut сочетает технологию 3D-печати с роботизированными манипуляциями для изготовления больших конструкций в космосе. Эта технология 3D-печати была испытана в термовакуумной камере Northrop Grummans, имитирующей пространство как вакуум пространства. Испытания, которые проводились в 2017 году, были первыми, когда объекты были изготовлены в космической среде. Технология ESAMM также побила мировой рекорд Гиннесса в прошлом году, напечатав «самую длинную несборную 3D-конструкцию», которая свисает с потолка предприятия Moffett Field в Силиконовой долине.

Последний эксперимент по полету на МКС – это экзотическая оптическая полезная нагрузка ZBLAN. Специалисты компании использовали эффекты микрогравитации для продукта для наземных применений. Это был первый случай, когда полезная нагрузка использовалась для разработки продукта в космосе, но для Земли. При вытягивании волокна в условиях микрогравитации в волокне не происходит кристаллизации или появление примесей, что делает его гораздо более чистым продуктом с лучшими характеристиками, чем продукт, созданный на Земле.

Следующая полезная нагрузка – переработчик, который будет забирать старые отпечатки от AMF и даже пластиковый мусор на борту МКС, который нужно измельчать и расплавлять для создания нового сырья для AMF.

На фото: Отпечаток пальца, напечатанный на 3D-принтере на борту Международной космической станции. © «Made in Space»

Еще один крупный проект компании по 3D-печати – подразделение по производству гибридных металлов, которое называется VULCAN.

Специалисты компании объединили технологию 3D-печати ESAMM (машина для производства аддитивных структур с расширенной структурой) с современными роботизированными манипуляторами для производства и сборки больших конструкций в космосе.

Ближайшим направлением работы с Archinaut является изготовление и сборка развертываемых устройств на небольших спутниках класса ESPA. На традиционных запусках спутников все плотно упаковано в ракетный обтекатель и должно выдерживать экстремальные нагрузки и вибрации запуска. С технологией Archinaut можно меньше беспокоиться об упаковке развертываемых элементов в стиле спутникового оригами, но вместо этого их нужно изготавливать один раз на орбите. План в том, чтобы улучшить малые спутниковые энергетические системы путем производства солнечных батарей для спутников на орбите. Это позволяет массивам быть намного больше, в то же время освобождая дополнительное пространство на спутниковой шине для включения большего количества систем питания. Другое использование для технологии Archinaut может быть производство большой антенны (антенн) или больших апертур спутника.

Будущее 3D-печати, безусловно, уже сейчас строится на орбите, а не на Земле. Поскольку малые спутники находятся в фокусе ближайшего времени, крупные спутники и космические станции следуют за ними. Человечество движется к созданию небольших космических экономик, и не все может быть запущено с Земли.

Если хотите больше узнать о «Made in Space», посетите их веб-сайт.

Преимущества

Традиционные методы строительства производят чрезмерное количество строительных отходов, что не только вредно для окружающей среды, но и существенно влияет на прибыльность. Роботизация может помочь уменьшить количество создаваемых отходов, благодаря ее способности обеспечивать точность и аккуратность.

Инвестиции в высокие технологии, такие как 3D-печать и робототехника, могут быть непростой задачей для многих предприятий, но, в долгосрочной перспективе, сокращение отходов и расхода материалов положительно скажется на прибыльности. Как и значительно увеличивающаяся с применением роботов конкурентоспособность, обусловленная повышением качества и скорости работ.

Рекомендуемая техника

Роботы постепенно выходят за пределы научных кругов, технологических центров, строительных гигантов и попадают в реальный мир средних и малых подрядчиков — они становятся все доступнее.

Пока распространенность роботов в строительстве не получила всеобщего характера, строительные компании еще могут получить большое преимущество перед конкурентами, повысив свою эффективность с использованием 3D-принтеров, всевозможных специализированных роботов, роботов-манипуляторов и дронов.

Известные производители, оборудование которых мы рекомендуем:

Заключение

Роботы в строительной сфере применяются и будут применяться везде, начиная от этапа обучения будущих специалистов по работе со строительной робототехникой (например, роботы uFactory, uArm) и заканчивая созданием сложных объектов для использования за пределами Земли.

Современные технологии требуют совершенствования автоматизации и экономии трудовых ресурсов. Поэтому успешные строительные компании повсеместно внедряют в свой бизнес различные модификации роботов, которые фактически оптимизируют любые процессы без участия человека. Качество конечного продукта при этом растет.

Роботизация успешно вытесняет тяжелый физический труд из основных и вспомогательных процессов в строительстве, позволяет существенно сократить сроки и снизить стоимость строительства.

Всем, кто хочет повысить качество и рентабельность своего производства средствами автоматизации, специалисты Top 3D Shop помогут выбрать наиболее подходящее оборудование из широкого ассортимента робототехники, 3D-принтеров и станков с ЧПУ. Обращайтесь!

Подписывайтесь на наш телеграм-канал с отборными кейсами Роботизации и Автоматизации со всех уголков мира:

https://tglink.ru/easy_robotics

 

Узнайте больше о возможностях усовершенствовать ваше производство интеграцией нового оборудования:

Свойства и функции робота-пылесоса | Tehnoland.lv

С тех пор, как появились  роботы — пылесосы, домашняя уборка изменилась навсегда.  Благодаря своему изящному дизайну и передовым технологиям, люди попадают на рынок, чтобы купить собственный робот – пылесос. Но стоит ли это устройство того? Давайте начнем с основ, а затем рассмотрим наиболее распространенные причины, по которым вам стоит задуматься о приобретении собственного робота — пылесоса.

 

Что такое «Робот» пылесос?

Робот — пылесос делает именно то, что вы думаете – пылесосит.  Однако, в отличие от обычного пылесоса, этот немного отличается… Он умный. «Интеллект» в этом случае не означает, что он имеет человеческие способности.

Робот — пылесос будет пылесосить ваши твердые полы и ковры, сохраняя грязь в мусорном баке, чтобы позже его можно было бы почистить. Заканчивая уборку, многие роботы — пылесосы способны находить и устанавливаться на своей зарядной базе или её альтернативе. Зачастую робот даже «разговаривает» с Вами, чтобы сообщить о том, что он закончил уборку.

Как он выглядит?

Многие роботы – пылесосы, такие как  Roomba и Infinuvo Cleanmate, от 9 см до 13 см в высоту и 25 см до 35 см в диаметре. Руководить пылесосом  можно при помощи пульта или LCD-дисплея и кнопок, находящихся на верхней панели устройства. В зависимости от марки и модели на передней панели многих роботов —  пылесосов находится полукруглый прорезиненный бампер. Бампер служит датчиком для препятствий (стены, мебель и т. д.). В роботе — пылесосе Neato и некоторых других имеется плоская передняя часть, в которые можно размещать длинные плоские щетки.

Как робот-пылесос работает?

Почти все модели роботов – пылесосов перемещаются по кругу, используя два ведущих колеса и один или несколько не приводных колесика. Также как и в обычном пылесосе есть несколько моторов, предназначенных для работы колес, щеток и управления. Боковая щетка заметает мусор от стены и других вертикальных поверхностей, направляя его к основной турбо щётке, которая направляет мусор в пылесборник.

Когда робот не используется, он  тихо сидит на своей зарядной базе, которая имеется  у большинства моделей. Имейте в виду, что размещать робота и зарядную базу нужно в открытой и доступной зоне; избегайте шкафов или других тесных пространств, так как они очень затрудняют перемещение и возвращение робота – пылесоса на базу. У зарядной базы есть одна главная функция: заряжать аккумулятор между уборками. Вы спросите, как робот находит обратный путь на базу? База пропускает световой луч на расстоянии около 6 футов в форме «V», который служит в качестве маяка. Когда уборка завершена или батарея разряжается, робот использует световой луч, чтобы с радостью отправиться домой на свою зарядную базу. Владельцы роботов без зарядной базы могут вручную подключить пылесос к розетке для зарядки с помощью блока питания, поставляемого с роботом.

В запланированные дни и время  робот — пылесос оставляет базу для уборки. Он не вернется до тех пор, пока уборка не будет завершена или батарея не разрядится. В случае разряда батареи перед завершением уборки, робот прервет уборку и немедленно вернется к базе. Расписание встроено в программную память робота.  Простая последовательность кнопок позволит Вам установить предпочтительное расписание.

Поиск пути: Навигация

Робот перемещается по комнатам  на основе 4-5 режимов уборки. Большинство роботов-пылесосов используют случайный маршрут движения, используя поочередно один из алгоритмов: движение по прямой, движение по зигзагу, движение по спирали, движение вдоль стен, поворот на произвольный угол. Пылесос Roomba отличается от многих других марок, поскольку ему немного помогают «виртуальные стены» и / или маяки. «Виртуальные стены» включены в некоторые модели, а также могут продаваться отдельно. «Виртуальная стена» посылает невидимый ИК луч, обнаружив который, робот меняет свою траекторию движения (не заезжает за пределы луча). Благодаря виртуальной стене робот не разобьет вазу, стоящую на полу, не затянет шторы, не упадет с лестницы, не опрокинет миски для животных. Маяки также имеют инфракрасный луч света, как виртуальная стена, но они также оснащены радиочастотной технологией, разработанной, чтобы помочь роботу пылесосу самостоятельно настроиться и улучшить эффективность очистки.

 

Вот некоторые важные ограничения:

• Уборка липких следов напитков и пищи пылесосу  не по силам.
• Они не способны подниматься или спускаться по лестнице.
• Датчики света робота — пылесоса не будут работать на темных черных поверхностях.
• Из-за круглой формы корпуса у робота нет возможности тщательно убирать пыль и загрязнения в углах помещения.

Имейте в виду, что роботы — пылесосы предназначены для уборки полов и ковров. Они не предназначены для мытья полов. Для этой цели уже разработан робот для мойки полов под названием Scooba. В них есть встроенная щетка из микрофибры для протирания пола. Обратите также внимание на то, что не рекомендуется использовать робот для чистки пола на негерметичных полах из древесины или ламинатах. Вы обнаружите, что роботы — пылесосы отлично справляются с удалением грязи, но имейте в виду, что они не пользуются периферийным зрением, поэтому в редких случаях вы можете обнаружить пропущенные частицы.

 

Эффективность

Давайте посмотрим правде в глаза, уборка трудная, никто не хочет этим заниматься, а уборщица в наше время стоит дорого.  С помощью робота – пылесоса ваша гостиная или любая другая комната вмиг станет опрятной и чистой.  В роботе — пылесосе имеются различные аксессуары, такие как щетки, фильтры, чистящие механизмы и другие;  все в прочном корпусе, обеспечивая наилучшую работу.

Легко использовать

Конечно, робот – пылесос  автоматический. Он будет работать без присмотра; включите его и дайте ему сделать свое дело. Когда вы вернётесь, комната будет сверкать от чистоты. Никакой специальной настройки или конфигурации не требуется — просто нажмите кнопку, и робот – пылесос начнет уборку без присмотра. Некоторые пылесосы  ходят по комнате в случайном порядке и могут охватывать одно и то же место много раз, в то время как другие могут сканировать комнату, чтобы обнаружить препятствия и знать, как их обойти.  Большинство из этих роботов могут перезаряжаться самостоятельно, если их заряд батареи падает ниже определенного уровня; не нужно беспокоиться о том, чтобы искать его после уборки. Он просто будет на зарядной базе, ожидая следующую запланированную уборку.

Если есть области, которые вы не хотите, чтобы робот чистил, каждый производитель имеет граничные маркеры; некоторые используют инфракрасный свет, в то время как другие используют специальные полосы (магнитные или другие). Некоторые более интеллектуальные роботы  могут чистить несколько комнат, останавливаясь, чтобы зарядиться, когда это необходимо, и продолжить там, где они остановились. Не хотите, чтобы робот передвигался, когда вы дома? Не проблема. Вы можете запланировать уборку в определенные часы и (в некоторых случаях) в определенные дни.

 

Компактность

Большинство современных роботизированных пылесосов выглядят как плоское дисковое устройство. Он плоский и в форме диска, поэтому он может проходить под мебелью и может  легко поворачиваться, особенно в углах. Этот дизайн кажется оптимальным, позволяя ему добраться до всех тех мест, которые обычный пылесос не может. Нет необходимости перемещать диваны, стулья и низкие столы. Форма диска также позволяет эффективно обходить ножки мебели и углы стен, чистя их. В большинстве случаев также имеется бампер для поглощения удара при столкновении с твердым объектом.

 

Интеллект

Роботы — пылесосы содержат широкий спектр датчиков для обнаружения:

• загрязнения (не только обнаруживает, но и очищает эту область, пока не будет чисто)
• падения (например, с лестницы)
• путь (он знает, где он был)
• зарядная база (он может чувствовать, где находится его база и попасть туда)
• препятствия (либо путем легкого удара или обнаружения их на расстоянии)
• использование батареи
• и другие….

 

 

 

 

Доступность

Робот по определению должен быть дорогим, не так ли? Владение одним роботом для личного использования кажется роскошью. Верите или нет, цена на Roomba от iRobot варьируется от 290 евро до 700 евро. В то время как модели других производителей начинаются от 80 евро. Массовое производство сделало эти интеллектуальные пылесосы недорогими, как обычные пылесосы.

Модернизированный и ремонтируемый

Беспокоитесь о том, что что-то настолько технологически продвинутое будет ломаться, и будет стоить много денег, чтобы отремонтировать. После каждой уборки нужно вынимать пылесборник, чтобы вытряхнуть  мусор. Также следует очистить фильтр (в зависимости от модели их может быть два). Фильтр можно мыть, но перед тем, как вставить обратно, его обязательно нужно высушить. Также следует чистить щетки и время от времени надо мыть подвижное колесо и протирать окошки сенсоров.

В отличие от Вашего стандартного пылесоса, их можно модернизировать с помощью нового программного обеспечения, чтобы повысить эффективность их очистки. Щетки и детали легко заменяются. Хотите щётку, которая лучше подходит для шерсти домашних животных? Не проблема! Хотите аккумулятор, который держит дольше? Также можно приобрести!

Как и во всех технологических устройствах, может появиться новый тип робота — пылесоса, который будет включать функцию «must have». Хотя после первого выпуска робота — пылесоса в массовый рынок, форма и технология не сильно изменились.  Самым последним достижением стал сканирующий лазер, который отображает комнату и является запатентованной технологией на Neato. iRobot выпустил поменьше пылесос, чем предыдущие модели, но основная технология такая же. Всё действительно зависит от Вас, какие наиболее подходящие функции Вы выберете (самозарядная база, построение карты пространства, обнаружение грязи, дистанционное управление и т. д.).

Это лишь некоторые причины, которые могут побудить вас приобрести собственный робот — пылесос. Представьте себе, сколько времени вы сэкономите на уборку всех полов в доме. В это время Вы можете заняться чем-то другим. И в этом быстро меняющемся мире экономия времени определенно стоит того

NEATO Robotics Botvac Connected Melns robots-putek

961.92€

iRobot Roomba 651

385.18€

Ecovacs DEEBOT OZMO 610

439.07€

Двуногие ходящие роботы

В этом разделе говорим о роботах, не просто на двух конечностях, но схожих по принципу ходьбы с человеком. Антропоморфность робота в целом не столь важна. 

 

 Российские

AnyWalker, Кубанский ГУ и МТИ

Может передвигаться по пересеченной местности на двух опорах, открывать двери, карабкаться по лестницам. Стабилизация за счет создания внутренних моментов силы. С участием специалистов компании Технодинамика. Автор проекта — Игорь Рядчиков. Пока что позиционируется, как образовательная платформа. В дальнейшем может быть использована в разработках персональных роботов. Передвижение выглядит очень медленным.

2017.04.21 Показан на Skolkovo Robotics 2017 

 

AR-700, Андроидная техника (НПО «Андроидная техника»), Москва

В июле 2017 года представлен на выставке Иннопром-2017. Фото. 

 

AR-601, Андроидная техника (НПО «Андроидная техника»), Москва

AR-601 (или AR-600E), 2017.01

 

FEDOR, Андроидная техника (НПО «Андроидная техника»), Москва

Final Experimental Demonstration Object Research — Финальный экспериментальный демонстрационный объект исследований. Разработка антропомофного робота в рамках проекта «Спасатель». Иногда также называется Аватар, поскольку имеет режим телеуправления с помощью «костюма», захватывающего движения оператора и формирующего соответствующий поток управляющих команд для робота. Кроме того, робот имеет элементы автономности — может самостоятельно совершить толчок, прыжок, подниматься после падения.  Автономность ограничена рядом других «сценариев». Процедура самообучения демо-модели не предусмотрена.

 

 Другие страны

Alpha 2, UBTECH, Китай 

На 2015.11 в разработке, открыт прием заказов в рамках краудфандинговой программы по сбору средств. 

 

ASIMO, Honda, Япония

Робот андроидного типа, способный ходить и бегать. На 2016.03 замечательный прототип так и не превратился в коммерчески доступное изделие. 

2014.11.09 Видео

 

 

Atlas, Boston Dynamics, США

Лучший ходящий робот на 2016.02 в мире 

2016.09.12 Atlas научили балансировать на одной ноге. 

2016.02.24 Новое поколение робота Atlas разработки Google  

 

Cassie, Agility Robotics, США

Робот Cassie. Источник фото: Oregon State Univercity

 

Digit, Agility Robotics, США

фото Agility Robotics 

2019.03.20 Двуногая платформа Cassie компании Agility Robotics получила верхнюю часть туловища и руки. И теперь похожа на другого двуногого антропоморфного робота — Atlas от Boston Dynamics.  Digit (Цифра) — первый двуногий робот компании Agility Robotics. Он построен на отработанном ранее двуногом шасси Cassie. Теперь у робота появилась верхняя часть туловища с двумя манипуляторами-руками, имеющими четыре степени свободы. Робот может использовать их для балансирования при ходьбе, для открывания дверей (толкания), а также для того, чтобы поднимать коробки весом до 18 кг. Робот даже способен поймать летящую коробку. Дизайн робота выглядит более современным, нежели, чем у громоздкого Atlas.   

 

DURUS, Технологический институт Джорджии, США

2016.07.13 Почему робот DURUS одет в сникерсы?

 

HRP-5, AIST, Япония 

Двуногий шагающий робот HRP-5 представлен в октябре 2018 года. Рост — 182 см, вес — 101 кг. Обладает высокой степенью свободы различных элементов тела, позиционируется, как платформа для сотрудничества исследовательских организаций и промышленности.

 

Kengoro, Tokio University, Япония

Двуногий робот, способный ходить и даже отжиматься от пола. Более 100 электродвигателей и других актуаторов. Основная особенность — робот может «потеть», что позволяет ему бороться с перегревом, связанным с высокой плотностью электромоторов и актуаторов. Для этого роботу требуется пополнять запас воды. 

 

NAO, Aldebaran Robotics, Франция (Япония)

NAO h35 Next Gen. Домашний антропоморфный робот высотой 58 см. Компаньон, помощник или исследовательская платформа (STEM). С 2012 года. 

 

R5, NASA/DARPA, США

Фото: NASA, источник: nasa.gov. R5 демонстрирует улучшенный баланс 

Робот для использования в космосе, на Луне, на Марсе. С двумя ногами и возможностью хождения. На 2015.11 в разработке. 

 

SAFFiR, US NAVI, США

Экспериментальный двуногий робот-пожарный андроидного типа SAFFIR (Shipboard Automated Firefighting Robot). В июле 2016 года появилось видео. 

 

Шагоход Google, Alphabet / Schaft, США

 

2016.04.13 Alphabet’s Other Robotics Company. Больше подробностей о безымянном ходячем роботе японской дочки Alphabet. И о самой компании Schaft. 

2016.04.09 Шагоход Google — странный ходячий робот. Двуногий прототип робота, способного передвигаться вне помещений не только по дорогам. 

2016.04.07 Видео

Робот-пылесос Karcher RC 4.000 1.269-200

Использовать его очень просто, он не стукается о мебель и не застревает нигде. Станцию способен найти довольно быстро и заряда от нее ему достаточно на целый день уборки. Качество уборки тоже отличное, потому что у него несколько щеток сразу работают, и что удивительно, сила всасывания очень хорошая. Работает без какого-либо шума

Очень дорого стоит данный робот, но зато цену оправдывает, в отличие от большинства подобных ему моделей

Я долго сомневался необходим ли мне данный робот-пылесос, способен ли он выполнить необходимую работу или он просто станет бесполезным приобретением. По итогу я решил рискнуть и купить его, о чем в последствии мне жалеть не пришлось. К покупке именно этой модели я пришел после того, как увидел у своего друга точно такой же. Стал его расспрашивать о качестве уборки, цене и прочих важных аспектах, он оказался всем доволен. Ну я и подумал, что времени на уборку квартиры у меня почти нет, так как большую часть времени провожу на работе, то неплохо будет купить себе такой же. Думал еще над покупкой другой модели, но прочитав кучу отрицательных отзывов я отказался от этой идеи. Решил, что лучше купить уже проверенный моим другом прибор. Жалеть о сделанном выборе мне не пришлось, как я уже сказал. Дальше стал с ним консультироваться, и мне он сказал, что квартиру надо будет подготовить к его работе, то есть закрыть все узкие места, куда может заехать и застрять, также убрать все провода с пола, чтобы он за них ничего не потянул. Я так и сделал. Первый раз его запустил перед тем, как уйти на работу, мне около 12 часов не было и за это время он успел так хорошо очистить ковры и полы, что я аж удивился. У него еще заряд не закончился, и он продолжал уборку, пришлось его отправлять на станцию, а то так бы до ночи убирался. Думаю, что в плане полезности он ничем не уступает посудомоечной машинке и стиральной, потому что пользы от него очень много. Я сам чистоту люблю, раньше часто приходилось убираться влажной тряпкой и всю пыль протирать, теперь раза в три реже этим занимаюсь, потому что пыли стало куда меньше при его ежедневной работе. На выходе воздуха есть фильтры, которые задерживают всю выходящую пыль. Контейнер для мусора у него вместительный, редко приходится его разбирать и мыть, о заполнении уведомит специальный датчик, который загорится красным. Если включаю его вечером, то могу спокойно смотреть телевизор, потому что шума от него куда меньше, чем от стандартного пылесоса, тем более, что я к нему привык быстро. С расположением базы пришлось немного помудрить, чтобы он ее сразу мог найти. Кстати, весь собранный им мусор может выкидывать в емкость на базе, что просто отлично, потому что это сокращает необходимость его постоянно самому чистить. Надо будет к концу недели очистить базу и все. Но это только в тех случаях, когда у него контейнер будет переполнен посреди уборки. Использую его уже более месяца и всем доволен, могу рекомендовать его к покупке

Какие существуют методы программирования для роботов?

Как говорится, «есть более одного способа снять шкуру с кошки» . Вы также можете сказать «есть больше , чем один способ запрограммировать робота» . Это было бы так же верно и меньше беспокоило бы кошку. Каковы преимущества и недостатки каждого метода программирования? В этом посте мы рассмотрим три самых популярных способа для программирования промышленного и коллаборативного робота s.

Когда большинство людей думают о «программировании», они думают о вводе строк кода в компьютер. Хотя это все еще самый популярный способ программирования, это далеко не единственный способ. Для некоторых ранних программистов «написание программы» означало проделывать множество отверстий в длинных полосках бумаги и загружать их в компьютер. «Перезагрузить программу» означало наматывать полоски обратно на катушку, а это означало, что профессиональная опасность для программистов заключалась в том, чтобы порезаться на бумаге.

С тех пор программирование современной робототехники прошло долгий путь. Но, в конце концов, каждая инструкция по робототехнике заканчивается единицами и нулями внутри какой-то низкоуровневой электроники. В наши дни есть много разных способов ввести эти двоичные биты в робота. Некоторые из них даже не требуют формального знания программирования.

Три основных метода программирования роботов

В программировании роботов произошел переход от низкоуровневого программирования к более интуитивным методам. Этот шаг частично был вызван желанием упростить программирование для операторов.Операторы роботов не всегда являются производителями роботов, а производители роботов не всегда являются лучшими людьми для программирования конкретной задачи. Например, было бы намного лучше поручить художнику программировать рисовальщика, чем программисту, не имеющему опыта рисования. Традиционные методы программирования будут ограничивать такие операторы.

Каждый метод программирования имеет свои преимущества и недостатки. Вот три популярных метода программирования роботов, для которых, конечно, не нужны полоски перфорированной бумаги.

1. Обучающий кулон

Самый популярный метод программирования роботов — это, вероятно, кулон для обучения. По данным Британской ассоциации автоматизации и роботов, более 90% роботов программируются с использованием этого метода. Подвеска для обучения роботов сильно изменилась за время своего существования, но часто состоит из того, что выглядит как гигантский портативный калькулятор. Ранние подвески представляли собой большие серые коробки с хранением на магнитной ленте. Современные кулоны для обучения больше похожи на планшет с сенсорным экраном, поскольку технология разработана для постоянно развивающихся пользователей.Чтобы запрограммировать робота, оператор перемещает его от точки к точке, используя кнопки на подвеске, чтобы перемещать его и сохранять каждую позицию отдельно. Когда вся программа изучена, робот может воспроизводить точки на полной скорости.

Преимущества обучающего кулона

• Большинство традиционных промышленных роботов поставляются с подвеской для обучения, которая делает их знакомыми техническим специалистам.
• Они обеспечивают точное позиционирование, поскольку робот может быть запрограммирован с использованием числовых координат в мировых координатах, координатах робота или в другой системе координат.
Подвески
• Teach отлично подходят для простых движений, таких как рисование по прямой линии или по большой плоской поверхности.

Недостатки обучающей подвески

• Нарушение работы всей системы из-за простоя робота. Робот должен быть переведен в «режим обучения», и все операции с использованием робота должны быть остановлены до тех пор, пока он не будет запрограммирован.
• Для обучения и программирования требуется обучение.
• Может оказаться трудным для квалифицированных мастеров, незнакомых с программированием.

2. Моделирование / автономное программирование

Автономное программирование или моделирование чаще всего используется в исследованиях робототехники, чтобы убедиться, что передовые алгоритмы управления работают правильно, прежде чем переносить их на настоящего робота. Однако он также используется в промышленности для сокращения времени простоя и повышения эффективности. Это может быть особенно полезным методом для малых и средних предприятий, поскольку роботов с большей вероятностью придется перенастраивать несколько раз, чем в условиях массового производства.Автономное программирование означает, что это не слишком мешает производству. Автономное программирование позволяет программировать робота с помощью виртуального макета робота и задачи. Если программное обеспечение для моделирования интуитивно понятно, это может быть быстрый способ проверить идею, прежде чем передавать ее роботу.

Некоторые современные пакеты моделирования довольно просты в использовании. На этом видео показано программное обеспечение RoboDK с двумя роботами, выполняющими подбор и укладку с конвейерной ленты. Моделирование можно настроить за считанные минуты, как только вы ознакомитесь с программным обеспечением, используя библиотеку обычных роботов и объектов.

Некоторые симуляторы также позволяют вводить часть САПР, и система автоматически генерирует траектории робота. Это может еще больше повысить эффективность программирования.

Преимущества автономного программирования

• Сокращает время простоя, необходимое для программирования роботов. Программы разрабатываются в автономном режиме, поэтому робота нужно останавливать только на время загрузки и тестирования новой программы.
• Может быть довольно интуитивно понятным, особенно если робота можно перемещать в среде 3D CAD с помощью методов перетаскивания.
• Легко протестировать множество различных подходов к одной и той же проблеме, что было бы неэффективно для методов онлайн-программирования.

Недостатки автономного программирования

• Виртуальные модели (вероятно) никогда не смогут представить реальный мир со 100% точностью. После того, как они будут применены к реальному роботу, возможно, потребуется изменить программы.
• В целом может потребоваться больше времени. Хотя автономное программирование сокращает время простоя робота, это означает, что кому-то приходится тратить дополнительное время на разработку симуляции, а также на ее тестирование на роботе.
• Иногда может тратить время на решение проблем симулятора вместо решения производственных задач. Это может быть связано с качеством симулятора.

3. Обучение

посредством демонстрации

Обучение путем демонстрации (и более конкретных методов, таких как обучение Kinetiq) предлагает интуитивно понятное дополнение к классическому кулону для обучения. Эти методы включают перемещение робота вокруг либо путем манипулирования датчиком силы или джойстиком, прикрепленным к запястью робота чуть выше конца e ffector. Как и в случае с подвесным пультом обучения, оператор сохраняет каждую позицию в компьютере робота. Многие коллаборативные роботы внедрили этот метод программирования в своих роботов, поскольку операторы могут сразу же начать использовать робота со своими приложениями.

Преимущества обучения посредством демонстрации

• Быстрее традиционных кулонов обучения. Это устраняет необходимость многократного нажатия кнопок, позволяя оператору просто перемещать робота в желаемое положение.
• Более интуитивно понятный, чем традиционные обучающие подвески и программы моделирования, поскольку задача запрограммирована почти так же, как ее выполнял бы человек-оператор. Это упрощает обучение операторов. Как правило, этот метод не требует знания концепций программирования или знакомства со средами 3D CAD (как при моделировании).
• Очень хорошо подходит для детализированных задач, требующих большого количества строк кода для достижения того же эффекта, таких как сварка или рисование сложных форм.

Недостатки обучения посредством демонстрации

• Как и в случае с традиционным обучающим пультом, в этом методе для программирования используется физический робот. Это означает, что он не сокращает время простоя в такой степени, как автономное программирование.
• Перемещение робота к точным координатам не так просто, как с другими методами. Это особенно верно для некоторых систем на основе джойстика, где нет возможности ввести числовое значение. Обучение Kinetiq сочетает в себе эти функции, позволяя вводить точные числовые координаты вместе с координатами на основе позиционирования.
• Не очень хорошо для задач, которые «алгоритмические» по своей природе. Например, если роботу нужно было рисовать плоскую поверхность, двигаясь горизонтально по поверхности, затем двигаться вниз на дюйм, двигаться горизонтально в противоположном направлении и т. Д. Перемещение робота вручную было бы трудным и неточным для такой задачи.

Какой метод программирования выбрать?

Как и все в робототехнике, лучший метод будет сильно зависеть от вашей задачи, робота и требований. Используйте преимущества и недостатки, перечисленные в этом посте, чтобы решить, какой метод подойдет вашему приложению.Если сокращение времени простоя является для вас наиболее важным фактором, лучшим вариантом может стать автономное программирование. Если интуитивное программирование более важно, вам больше подойдет обучение посредством демонстрации. Если у вас есть алгоритмическая задача и вам нужен знакомый интерфейс, обучающий кулон может быть хорошим выбором. Дополнительную информацию о совместных роботах и ​​их интуитивно понятном интерфейсе программирования можно найти в электронной книге ниже.

Какой метод программирования роботов вы предпочитаете? Есть ли какие-то другие методы, которые вы используете, но не упомянутые в этом посте? Как вы думаете, в чем заключаются преимущества и недостатки каждого метода? Расскажите нам в комментариях ниже или присоединитесь к обсуждению в LinkedIn, Twitter или Facebook.

Армейская техника улучшает боевые действия роботов

ИЗОБРАЖЕНИЕ: Армейские исследователи разрабатывают технику, которая позволяет роботам оставаться устойчивыми, когда они сталкиваются с периодическими потерями связи на поле боя. Сообщалось об экспериментальных результатах моделирования роботов в различных средах … посмотреть еще

Кредит: (Фото иллюстрации / Армия США)

АДЕЛЬФИ, мкр.- Армейские исследователи разработали технику, которая позволяет роботам оставаться устойчивыми, когда они сталкиваются с периодическими потерями связи на поле боя.

Техника, называемая α-формой, обеспечивает эффективный метод разрешения конфликтов целей между несколькими роботами, которые могут захотеть посетить одну и ту же область во время миссий, включая поиск и спасение без участия человека, роботизированную разведку, наблюдение за периметром и роботизированное обнаружение физических явлений, таких как радиация и подводная концентрация форм жизни.

Исследователи из Командования развития боевых возможностей армии США, известного как DEVCOM, Лаборатория армейских исследований и Университета Небраски, Департамент компьютерных наук Омахи, объединились, в результате чего была опубликована статья, опубликованная в журнале ScienceDirect Robotics and Autonomous Systems .

«Роботам, работающим в группах, нужен метод, гарантирующий, что они не дублируют усилия», — сказал военный исследователь доктор Брэдли Вусли. «Когда все роботы могут обмениваться данными, можно использовать множество методов; однако в средах, где роботы не могут широко общаться из-за необходимости оставаться скрытыми, беспорядок приводит к тому, что радиостанции не работают для связи на большие расстояния или для экономии заряда батареи или полосы пропускания. для более важных сообщений роботам потребуется способ координации с минимальным количеством коммуникаций.»

Эта координация осуществляется путем обмена следующей задачей с командой, и избранные члены команды будут запоминать эту информацию, позволяя другим роботам спрашивать, будет ли какой-либо другой робот выполнять эту задачу без необходимости напрямую связываться с роботом, который выбрал задачу, Вусли сказал.

Робот, который запоминает задачу, основан на топологии их беспроводной сети связи и геометрической схеме роботов, сказал он. Каждому роботу назначается ограничивающая форма, представляющая область среды, для которой они кэшируют целевые местоположения, что позволяет быстро искать в сети связи, чтобы найти робота, который будет знать, были ли запрошены какие-либо цели в этой области.

«Это исследование обеспечивает координацию между роботами, когда каждый робот уполномочен принимать решения о своих следующих задачах, не требуя, чтобы он сначала согласовывался с остальной частью команды», — сказал Вусли. «Предоставление роботам возможности продвигаться к тому, что думают роботы, является наиболее важным следующим шагом при разрешении любых конфликтов между двумя роботами, когда они обнаруживаются, когда роботы входят и выходят из зоны связи друг с другом».

В этом методе используется геометрическое приближение, называемое α-формой, для группирования областей окружающей среды, в которых робот может общаться с другими роботами, используя многоэлементную связь по сети связи.Этот метод интегрирован с интеллектуальным алгоритмом поиска по дереву связи роботов, чтобы находить конфликты и сохранять их, даже если робот, выбирающий цель, отключается от дерева связи до достижения цели.

Команда сообщила о результатах экспериментов на смоделированных роботах в различных средах и физических роботах Clearpath Jackal.

«Насколько нам известно, эта работа является одной из первых попыток интегрировать предсказание на основе геометрии потенциальных конфликтных регионов для улучшения сбора информации с участием нескольких роботов в условиях ограничений связи, при этом корректно обрабатывая периодические потери связи между роботами», — сказал Вусли.

По словам Вусли, другие доступные подходы могут получать входные данные только от роботов, которые находятся внутри той же сети связи, что менее эффективно, когда роботы могут входить и выходить из зоны связи с командой.

В отличие от этого, по его словам, это исследование предоставляет роботу механизм, позволяющий быстро находить потенциальные конфликты между его целью и целью, выбранной другим роботом, но больше не участвующим в сети связи.

Что конкретно делает это исследование уникальным, так это:

-Предоставление эффективного метода (быстрого и с небольшим количеством сообщений) для разрешения конфликтов целей между несколькими роботами, который устойчив к периодическим потерям связи и роботам, присоединяющимся или покидающим локальные наборы роботов, которые взаимодействуют друг с другом

-Выполняет так же хорошо, как опрашивает каждого робота в диапазоне связи, сохраняя при этом полосу пропускания радиосвязи для более важных коммуникаций

— Работает лучше, чем каждый робот, работающий полностью самостоятельно без связи

Вусли сказал, что он оптимистично настроен, что это исследование проложит путь для других методов ограниченного взаимодействия, которые будут полезны при развертывании роботов в миссии, требующей скрытности коммуникации.

Он и исследовательская группа, включая исследователей DEVCOM ARL доктора Джона Роджерса и Джеффри Твигга и научного сотрудника Морской исследовательской лаборатории доктора Притвираджа Дасгупта, будут продолжать работать над сотрудничеством между членами робототехнической команды посредством ограниченного взаимодействия, особенно в направлениях прогнозирования других действия робота во избежание конфликта задач для начала.

###

Заявление об ограничении ответственности: AAAS и EurekAlert! не несут ответственности за точность выпусков новостей, размещенных на EurekAlert! участвующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

робот | Определение, история, использование, типы и факты

Робот , любая машина с автоматическим приводом, заменяющая человеческие усилия, хотя она может не напоминать людей по внешнему виду и не выполнять функции, подобные человеческим. В более широком смысле, робототехника — это инженерная дисциплина, связанная с проектированием, конструированием и эксплуатацией роботов.

робот-гуманоид

ASIMO, двуногий робот-гуманоид, разработанный компанией Honda Motor Co.

American Honda Motor Co., Inc.

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Виртуальная реальность используется только в игрушках? Использовались ли когда-нибудь роботы в бою? В этой викторине вы узнаете о гаджетах и ​​технологиях — от компьютерных клавиатур до флэш-памяти.

Концепция искусственных людей возникла еще до письменной истории ( см. автомат), но современный термин робот происходит от чешского слова robota («принудительный труд» или «крепостной»), использованного в пьесе Карела Чапека R.U.R. (1920). Роботы в пьесе были изготовлены людьми, бездушно эксплуатируемыми владельцами фабрик, пока они не восстали и в конечном итоге не уничтожили человечество. Были ли они биологическими, как монстр в книге Мэри Шелли Frankenstein (1818), или механическими, не уточнялось, но механическая альтернатива вдохновляла поколения изобретателей на создание электрических гуманоидов.

Слово робототехника впервые появилось в научно-фантастическом рассказе Айзека Азимова Runaround (1942).Наряду с более поздними рассказами Азимова о роботах, он установил новый стандарт достоверности в отношении вероятных трудностей разработки интеллектуальных роботов и технических и социальных проблем, которые могут возникнуть. Обход также содержал знаменитые «Три закона робототехники» Азимова:

• 1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить человеку причинить вред.

• 2. Робот должен подчиняться приказам людей, за исключением случаев, когда такие приказы противоречат Первому закону.

• 3. Робот должен защищать свое существование до тех пор, пока такая защита не противоречит Первому или Второму закону.

В статье прослеживается развитие роботов и робототехники. Для получения дополнительной информации о промышленных приложениях, см. статью «Автоматизация».

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Узнайте, как мехатроника помогает инженерам создавать высокотехнологичные продукты, такие как промышленные роботы.

Узнайте, как мехатроника сочетает в себе знания и навыки механической, электрической и компьютерной инженерии для создания высокотехнологичных продуктов, таких как промышленные роботы.

© Университет Ньюкасла, факультет инженерии и искусственной среды с благодарностью Джереми Лей и Нику Паркеру из Light Creative (издательский партнер Britannica) См. Все видео для этой статьи

Хотя машины и не похожи на гуманоидов, машины с гибким поведением и несколько человекоподобных физических атрибутов были разработаны для промышленности. Первым стационарным промышленным роботом был программируемый Unimate, гидравлический тяжеловесный манипулятор с электронным управлением, который мог повторять произвольные последовательности движений.Он был изобретен в 1954 году американским инженером Джорджем Деволом и разработан компанией Unimation Inc., основанной в 1956 году американским инженером Джозефом Энгельбергером. В 1959 году прототип Unimate был представлен на литейном заводе General Motors Corporation в Трентоне, штат Нью-Джерси. В 1961 году Condec Corp. (после покупки Unimation в предыдущем году) поставила на завод GM первого в мире производственного робота; у него была неприятная задача (для людей) извлекать и складывать горячие металлические детали из машины для литья под давлением.Оружие Unimate продолжает разрабатываться и продаваться лицензиатами по всему миру, при этом автомобильная промышленность остается крупнейшим покупателем.

Посмотрите, как использование роботизированного конвейера для бактериальной генетики делает работу ученых менее сложной и более эффективной по времени в Университетском колледже Корка.

«Роботизированный конвейер», используемый в бактериальной генетике в Университетском колледже Корка, Корк, Ирландия.

Университетский колледж Корк, Ирландия (издательский партнер Britannica) См. Все видеоролики к этой статье

Более совершенные электрические руки с компьютерным управлением, управляемые датчиками, были разработаны в конце 1960-х и 1970-х годах в Массачусетском технологическом институте (MIT) и в Массачусетском технологическом институте. Стэнфордский университет, где они использовались с камерами в роботизированных исследованиях рук и глаз.Виктор Шейнман из Стэнфорда, работавший с Unimation для GM, разработал первый такой рычаг, используемый в промышленности. Названные PUMA (Программируемая универсальная машина для сборки), они используются с 1978 года для сборки таких компонентов автомобиля, как приборные панели и фары. PUMA широко подражали, и ее потомки, большие и малые, до сих пор используются для легкой сборки в электронике и других отраслях промышленности. С 1990-х годов стрелковое электрическое оружие стало важным в лабораториях молекулярной биологии, точно обрабатывая массивы пробирок и пипетируя сложные последовательности реагентов.

Мобильные промышленные роботы также впервые появились в 1954 году. В том же году электрическая тележка без водителя, произведенная Barrett Electronics Corporation, начала возить грузы по продуктовому складу в Южной Каролине. Такие машины, получившие название AGV (Автомобили с автоматическим управлением), обычно перемещаются по сигнальным проводам, проложенным в бетонных полах. В 1980-х годах AGV приобрели микропроцессорные контроллеры, которые позволяли выполнять более сложные действия, чем те, которые обеспечивались простым электронным управлением. В 1990-х годах новый метод навигации стал популярным для использования на складах: AGV, оснащенные сканирующим лазером, определяют свое положение путем триангуляции путем измерения отражений от фиксированных светоотражателей (по крайней мере, три из которых должны быть видны из любого места).

Хотя промышленные роботы впервые появились в США, бизнес там не процветал. Unimation была приобретена Westinghouse Electric Corporation в 1983 году и закрыта несколько лет спустя. Cincinnati Milacron, Inc., другой крупный американский производитель гидравлического рычага, в 1990 году продала свое подразделение робототехники шведской фирме Asea Brown Boveri Ltd. Adept Technology, Inc., выделившейся из Стэнфорда и Unimation, чтобы производить электрические руки. единственная оставшаяся американская фирма. Иностранные лицензиаты Unimation, особенно в Японии и Швеции, продолжают работать, а в 1980-х годах другие компании в Японии и Европе начали активно выходить на рынок.Перспектива старения населения и связанная с этим нехватка рабочих побудила японских производителей экспериментировать с передовой автоматизацией еще до того, как она дала явную отдачу, открыв рынок для производителей роботов. К концу 1980-х Япония, возглавляемая робототехническими подразделениями Fanuc Ltd., Matsushita Electric Industrial Company, Ltd., Mitsubishi Group и Honda Motor Company, Ltd., была мировым лидером в производстве и использовании промышленных роботов. Высокие затраты на рабочую силу в Европе также стимулировали внедрение роботов-заменителей: в 2001 году количество промышленных роботов в Европейском союзе впервые превысило количество установленных в Японии.

Отсутствие надежной функциональности ограничило рынок промышленных и сервисных роботов (созданных для работы в офисных и домашних условиях). С другой стороны, игрушечные роботы могут развлекаться, не выполняя задачи очень надежно, а механические разновидности существуют уже тысячи лет. ( См. Автомат .) В 1980-х появились игрушки с микропроцессорным управлением, которые могли говорить или двигаться в ответ на звуки или свет. Более продвинутые в 1990-е распознавали голоса и слова.В 1999 году корпорация Sony представила собачьего робота по имени AIBO с двумя дюжинами двигателей для активации его ног, головы и хвоста, двумя микрофонами и цветной камерой, которые координируются мощным микропроцессором. Более реалистичные, чем что-либо прежде, AIBO гнались за разноцветными шарами и научились узнавать своих владельцев, исследовать и адаптироваться. Хотя первые AIBO стоили 2500 долларов, первые 5000 билетов были распроданы через Интернет.

Роботизированная радикальная простатэктомия с использованием новой техники фиксации уретры в сравнении со стандартным пузырно-уретральным анастомозом

Abstract

Предпосылки

Восстановление удержания мочи после радикальной простатэктомии является серьезной проблемой даже в эпоху робототехники.Постоянно ведется поиск хирургических методов, направленных на более раннее восстановление удержания мочи.

Цель

Описать нашу новую хирургическую технику фиксации уретры во время роботизированной радикальной простатэктомии (RARP) и оценить раннее восстановление удержания мочи и периоперационные осложнения.

Дизайн, условия и участники

Была проанализирована предполагаемая одноцентровая когорта одного хирурга из 70 последовательных пациентов, перенесших RARP в период с января по декабрь 2019 года.Основную группу из 35 пациентов, прооперированных методом фиксации уретры, сравнивали с контрольной группой из 35 пациентов, получавших стандартный пузырно-уретральный анастомоз.

Хирургическая процедура

Оценивалась фиксация уретры по сравнению со стандартным пузырно-уретральным анастомозом во время RARP. В исследуемой группе культя уретры фиксировалась к дорсальному срединному шву сзади и к медиальной части мышцы, поднимающей задний проход, сзади-латерально. В обеих группах была выполнена одинаковая задняя мышечно-фасциальная реконструкция с включением пузырно-уретрального анастомоза.

Измерения

Восстановление удержания мочи, периоперационные осложнения, время в операционной и предполагаемая кровопотеря были зарегистрированы и сопоставлены между двумя группами.

Результаты и ограничения

Две группы были сопоставимы по всем демографическим, клиническим и патологическим параметрам. О восстановлении удержания мочи через 3 месяца после удаления катетера сообщили 34 (97,1%) пациентов в исследовании и 28 (80%) пациентов в контрольной группе ( p = 0.02). Пациенты в исследуемой группе сообщили о значительно более высоких показателях удержания мочи даже через 1 неделю и 1 месяц после удаления катетера по сравнению с контрольной группой (68,6% против 45,7%, p = 0,04 и 80% против 54,3%, p = 0,04 соответственно). Никаких различий во времени в операционной ( p = 0,7) или оценочной кровопотере ( p = 0,65) не наблюдалось. Через 90 дней послеоперационные осложнения наблюдались у одного (2,9%) пациента в исследовании и у четырех (11,4%) пациентов контрольной группы ( p = 0.3). Основное ограничение — нерандомизированное сравнение сравнительно небольших когорт.

Выводы

В нашем исследовании мы наблюдали значительное улучшение в раннем восстановлении удержания мочи без увеличения продолжительности операции или периоперационных осложнений при использовании новой техники фиксации уретры по сравнению со стандартным пузырно-уретральным анастомозом во время RARP.

Краткое описание пациента

Мы описываем нашу новую хирургическую технику фиксации уретры во время радикальной простатэктомии с помощью робота.По сравнению со стандартной техникой, было обнаружено, что использование нашей техники связано с улучшенным ранним восстановлением удержания мочи без увеличения времени в операционной или периоперационных осложнений.

Старые методы дрессировки собак учат роботов новым трюкам

Поделиться
Артикул

Вы можете поделиться этой статьей с указанием авторства 4.0 Международная лицензия.

С помощью техники обучения, обычно используемой для обучения собак сидению и стоянию, исследователи показали роботу, как научить себя нескольким новым трюкам, включая складывание блоков.

С помощью этого метода робот по имени Спот мог за несколько дней изучить то, что обычно занимает месяц.

«У меня были собаки, поэтому я знаю, что вознаграждение работает, и это было вдохновением при разработке алгоритма обучения.”

Используя положительное подкрепление — подход, знакомый всем, кто использовал угощения для изменения поведения собаки, — команда значительно улучшила навыки робота и сделала это достаточно быстро, чтобы сделать обучение роботов для реальной работы более осуществимым предприятием.

«Здесь вопрос заключался в том, как заставить робота выучить какой-то навык?» говорит ведущий автор Эндрю Хундт, аспирант, работающий в Лаборатории вычислительного взаимодействия и робототехники Университета Джонса Хопкинса. «У меня были собаки, поэтому я знаю, что вознаграждение работает, и это было вдохновением при разработке алгоритма обучения.”

Исследование опубликовано в IEEE Robotics and Automation Letters .

Обучение робота обучению

В отличие от людей и животных, которые рождаются с очень интуитивным мозгом, компьютеры — это чистый лист и должны учиться всему с нуля. Но настоящее обучение часто достигается методом проб и ошибок, и робототехники все еще пытаются понять, как роботы могут эффективно учиться на своих ошибках.

Команда достигла этого, разработав систему вознаграждения, которая работает для робота так же, как и для собаки.Если собака могла получить печенье за ​​хорошо выполненную работу, робот зарабатывал числовые баллы.

Хундт вспомнил, как однажды он научил своего щенка терьер-микса по имени Лия команде «оставь это», чтобы она могла игнорировать белок на прогулке. Он использовал два вида угощений: обычные угощения для тренировок и что-нибудь получше, например, сыр.

Когда Лия была взволнована и обнюхивала угощения, она ничего не получила. Но когда она успокоилась и отвернулась, то получила хорошее. «Именно тогда я дал ей сыр и сказал:« Оставь это! Хорошая Лия! »

Точно так же, чтобы складывать блоки, Обнаружьте роботу нужно научиться сосредотачиваться на конструктивных действиях.По мере того, как робот исследовал блоки, он быстро понял, что правильное поведение для укладки дает высокие баллы, а неправильное — ничего. Протянуть руку, но не схватить блок? Нет очков. Опрокинуть стопку? Однозначно нет очков. Спот заработал больше всего, поместив последний блок поверх стека из четырех блоков.

Высокая оценка!

Тактика обучения не только сработала, но и потребовалось всего несколько дней, чтобы научить робота тому, что раньше занимало недели. Команда смогла сократить время практики, сначала обучив моделируемого робота, который очень похож на видеоигру, а затем выполнив тесты с помощью Spot.

«Робот хочет получить более высокий балл», — говорит Хундт. «Он быстро учится правильному поведению, чтобы получить лучшее вознаграждение. Фактически, для достижения 100% точности роботу требовался месяц практики. Мы смогли сделать это за два дня ».

Положительное подкрепление не только помогло роботу научиться складывать блоки, но и с помощью балльной системы робот так же быстро научился нескольким другим задачам — даже тому, как играть в симулированную навигационную игру. Способность учиться на ошибках во всех типах ситуаций имеет решающее значение для разработки робота, который мог бы адаптироваться к новым условиям.

«Вначале робот понятия не имеет, что делает, но с каждой практикой он будет становиться все лучше и лучше. Он никогда не сдается, пытается складываться и может выполнить задачу в 100% случаев », — говорит Хундт.

Команда считает, что эти результаты могут помочь обучить домашних роботов стирке и мытью посуды — задачам, которые могут быть популярны на открытом рынке и помочь пожилым людям жить самостоятельно. Это также может помочь в разработке улучшенных беспилотных автомобилей.

«Наша цель — в конечном итоге разработать роботов, которые могут выполнять сложные задачи в реальном мире, такие как сборка продукции, уход за пожилыми людьми и хирургия», — говорит соавтор Грегори Д.Хагер, профессор информатики.

«В настоящее время мы не умеем программировать подобные задачи — мир слишком сложен. Но подобная работа показывает нам перспективность идеи о том, что роботы могут научиться выполнять такие реальные задачи безопасным и эффективным способом », — говорит Хагер.

Источник: Университет Джона Хопкинса

Оригинальное исследование DOI: 10.1109 / LRA.2020.3015448

Методика планирования путей для нескольких роботов в гибких формациях

Пять роботов в гибком пятиугольном построении протискиваются через узкую тропу. Предоставлено: доктор Рохит Дж. И профессор Мадху Вадали.

Системы с несколькими роботами недавно использовались для решения множества реальных проблем, например, помогая пользователям-людям контролировать окружающую среду и получать доступ к уединенным местам.Для наиболее эффективной навигации в неизвестных и динамичных средах эти роботизированные системы должны управляться планировщиками пути, которые могут определять траектории без столкновений для отдельных роботов в команде.

Исследователи из Индийского технологического института Гандинагара недавно разработали новый подход к планированию пути для систем с несколькими роботами. Этот метод, представленный в статье, предварительно опубликованной на arXiv, помещает виртуального агента в центр формирования команды роботов, что обеспечивает организацию и поддержание формирования, обеспечивая гибкость формирования для эффективного перемещения в условиях препятствий.

«По сравнению с одним роботом, использование систем с несколькими роботами, состоящих из небольших специализированных роботов, работающих в сотрудничестве, может иметь несколько преимуществ», — сказал TechXplore профессор Мадху Вадали, один из исследователей, проводивших исследование. «Например, эти системы обеспечивают лучший охват, лучшую производительность, большую гибкость, надежность и универсальность. Можно собрать множество роботов, работающих в заранее определенных формациях, для решения сложных задач, и отказ одного или нескольких роботов не повлияет на задачу. завершение.»

Планировщики пути — это методы, которые пытаются определить эффективные и свободные от столкновений пути, по которым должны следовать роботы, чтобы путешествовать из исходного местоположения в желаемое место назначения или для успешного выполнения своих задач. Планировщики пути с несколькими роботами обычно работают, пытаясь обеспечить плавность навигации роботов, сохраняя при этом жесткую конструкцию.

В отличие от других методов планирования пути, предложенных в прошлом, подход, разработанный профессором Вадали и его коллегой докторомРохит Г. позволяет создавать более гибкие команды. Для достижения этого в подходе используется так называемое искусственное потенциальное поле (APF), алгоритм планирования пути, который пытается определить пути с минимальной энергией, которые позволяют отдельным роботам в команде достичь определенной цели. Чтобы найти эти пути с минимальной энергией, каждый робот изменяет свой путь в соответствии с положением препятствий и других роботов в своем окружении, чтобы избежать столкновений.

Предоставлено: доктор Рохит Дж. И профессор Мадху Вадали.

«По сути, наш алгоритм позволяет формированию роботов протискиваться через узкие промежутки между препятствиями», — сказал Рохит.«Уникальность этого подхода заключается в том, что в то время как центральный планировщик планирует путь в центре формации, отдельные роботы внутри формации« эгоистично »планируют свои отклонения от этого централизованно запланированного пути, чтобы избежать столкновений».

Алгоритм, разработанный Мадху и Рохит, по сути, использует «виртуального агента», расположенного в центре формирования роботов, для поддержания формирования и организации всех агентов в нем.Путь этого виртуального агента планируется централизованно, в то время как другие роботы в формировании «вынуждены» адаптироваться к нему и двигаться вместе с ним.

«Этот квазицентрализованный подход, при котором отдельные роботы эгоистично отклоняются от централизованно запланированного пути, чтобы перемещаться без каких-либо столкновений, аналогичен практикам и стратегиям, встречающимся в природе, где агенты в формировании движутся по централизованно запланированному пути, но каждый агент эгоистично гарантирует, что он не столкнется с препятствиями в окружающей среде », — сказал Мадху.

Проф. Вадали и доктор Рохит Г. оценили свой алгоритм, выполнив серию анализов и тестов. Их результаты были многообещающими, так как их алгоритм эффективно позволял пятиугольной формации, состоящей из нескольких роботов, протискиваться через узкий проход, не сталкиваясь со стенами, очерчивающими проход.

В будущем новый подход к планированию пути, разработанный двумя исследователями, может найти множество ценных приложений. Это может быть особенно полезно для приложений, которые могут извлечь выгоду из гибких группировок, таких как команды роботов, предназначенные для транспортировки или доставки объектов, а также для систем наблюдения с несколькими роботами, контроля толпы и безопасности.

«Пока что мы сосредоточились на теоретических аспектах предлагаемого гибкого подхода к формированию», — сказал Мадху. «Сейчас мы планируем реализовать алгоритм на группе разнородных роботов, чтобы продемонстрировать его пригодность для множества практических приложений. Кроме того, чтобы сделать его более применимым к реальным приложениям, таким как автономные транспортные средства, мы хотим реализовать его в среды с движущимися препятствиями «.

---

Алгоритм опыления цветов для эффективного планирования пути робота

---

Дополнительная информация: Квазицентрализованный подход к планированию пути без столкновений для систем с несколькими роботами.arXiv: 2103.10316 [cs.RO]. arxiv.org/abs/2103.10316

© 2021 Сеть Science X

Ссылка : Методика планирования путей для нескольких роботов в гибких формациях (2021 год, 20 апреля) получено 6 июня 2021 г. из https: // techxplore.ru / news / 2021-04-Technik-paths-multiple-robots-flexible.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Ваш робот-хирург увидит вас сейчас

Одно из самых потенциально разрушительных инноваций в медицине — это безликий белый роботизированный цилиндр размером с мяту, прикрепленный к концу катетера.На операционном столе в Бостонской детской больнице в Массачусетсе исследователи демонстрируют, как с его помощью можно найти утечку в сердечном клапане пациента лучше, чем это могут сделать некоторые хирурги с годами обучения. Сначала сборка вставляется в основание сердца. Оттуда он продвигается с помощью моторизованной приводной системы вдоль пульсирующей стенки желудочка к поврежденному клапану в верхней части желудочка, руководствуясь сенсорами зрения и сенсорными датчиками. Робот застревает рядом с протекающим клапаном.Затем хирург запускает окклюдер — крохотную пробку — от робота, который закрывает утечку.

«Пациент» на столе — не человек, а свинья — исследователи, создавшие устройство, говорят, что пройдут годы, прежде чем их робот станет мастером ремонта клапанов у людей. Но его возможности намекают на наступление новой эры хирургии. Интеллектуальные хирургические роботы с разной степенью автономности в ходе первых испытаний доказали, что они равны хирургам в некоторых технических задачах, таких как обнаружение ран, наложение швов и удаление опухолей.Эти крошечные, точные операторы обещают чистые результаты и более широкий доступ к специализированным процедурам — а роботы побуждают некоторых хирургов задуматься о своей роли во все более автоматизированной среде.

Круиз-контроль

Роботизированная хирургия уже с нами. Такие инструменты, как Da Vinci от Intuitive Surgical в Саннивейле, Калифорния, и Senhance от TransEnterix в Моррисвилле, Северная Каролина, позволяют хирургам управлять несколькими роботизированными руками с помощью консоли с ручным управлением и дают им большую ловкость и зрение при работе. в труднодоступных местах.Но такие устройства, как капсульный робот в Бостонской детской больнице, идут еще дальше: они могут работать независимо, по крайней мере, на части процедуры.

Этот следующий уровень помощи позволяет выполнять сложные хирургические операции, не беспокоя хирурга о том, что их руки могут соскользнуть или схватиться — это положительный момент, учитывая, что ошибки клиницистов приводят к более чем 200000 смертей в США каждый год ¹ . «Хирург может щелкнуть, щелкнуть, щелкнуть, это те места, где я хочу наложить шов», — говорит Анимеш Гарг, ученый-компьютерщик из Университета Торонто в Канаде, который работал над хирургической автоматизацией большую часть десятилетия. .«Мы хотели, чтобы это было похоже на круиз-контроль в хирургии».

По словам Леннокса Хойта, инженера и урогинекологического хирурга из Института тазового дна в Тампе, Флорида, не каждый хирургический маневр является хорошим кандидатом для роботизации. По его словам, такие задачи, как наложение швов и восстановление клапана, обычно являются задачами, которые хирурги считают скучными и повторяющимися. Чем проще процедура разбивается на базовые, конкретные команды, тем легче умному роботу учиться и выполнять.«Мышление часто представляет собой более сложные инструменты, но более простые движения», — говорит Пьер Дюпон, инженер исследовательской группы робототехники Бостонской детской больницы.

По одному шагу

Наложение швов можно разбить на простые, легко определяемые движения, поэтому это идеальная задача для независимых хирургических роботов. Команда, в которую входил инженер Аксель Кригер, тогда работавший в Национальной системе здравоохранения детей в Вашингтоне, округ Колумбия, разработала систему, в которой используется легкая роботизированная рука для наложения ряда специализированных швов. ² .Кригер и его коллеги хотели автоматизировать хирургическую задачу, называемую кишечным анастомозом, при которой два сегмента кишечника сшиваются вместе после удаления части органа. Процедура обычно требует неуклюжих и сложных движений рук, с которыми даже лучшие хирурги не могут справиться идеально. «Вы должны очень точно наложить 20 швов, и если вы пропустите один, у вас будет протечка», — говорит Кригер, ныне работающий в Университете Мэриленда в Колледж-Парке.

Кригер знал, что для того, чтобы робот мог провести процедуру, он должен уметь проталкивать иглу через мягкие ткани — сложная задача, поскольку ткань может непредсказуемо смещаться, когда игла протыкает ее.Поэтому команда оснастила своего хирургического робота, получившего название Smart Tissue Autonomous Robot или STAR, датчиком силы, чтобы игла не давила слишком сильно и не деформировала ткань.

Сердечный клапан ремонтируется с помощью робота, который направляется к месту операции. Как только он прибывает, хирург берет на себя управление с помощью джойстика, чтобы сделать окончательный ремонт. Предоставлено: Pierre Dupont

.

Робот направляется к месту наложения швов с помощью точек инфракрасного биоклея, которые исследователи наносят на ткань толстой кишки.Эти маркеры, по словам Кригера, позволяют роботу «отслеживать движение ткани и корректировать каждый стежок» — даже в такой темной и тесной среде, как брюшная полость. В испытании на живых свиньях STAR наложила более равномерно распределенные и герметичные швы, чем те, которые были изготовлены специалистами ² . Исследователи контролировали автоматизированную процедуру, чтобы убедиться, что каждый стежок выполняется правильно, иногда внося небольшие корректировки в положение нити.

Помимо усовершенствования техники наложения швов STAR, Кригер обучает робота еще одному навыку: удалению опухоли ³ .Как и раньше, Кригер и его коллеги используют инфракрасные маркеры, но на этот раз для отметки участков раковой ткани. Затем робот выборочно вырезает эти части нагретым кончиком электрода. Ранние испытания на тканях свиней показали, что STAR может удалять опухоли и разрезать ткани настолько точно, насколько это могут сделать хирурги — важный навык, потому что оставление даже нескольких опухолевых клеток может позволить раку вернуться. «Вы должны быть невероятно точными, чтобы не оставить опухоли [или] вырезать какие-либо здоровые ткани», — говорит Кригер.

Ремонт сердечного клапана также является испытанием на прочность даже для опытных хирургов, отчасти из-за необходимости правильно размещать хирургические инструменты в ограниченном пространстве. Именно эта трудность подтолкнула Дюпона и его команду к разработке автономного робота для этой задачи. По словам Дюпона, инженеры проекта должны были быстро обучиться. Чтобы свести к минимуму хирургический риск, небольшому роботу команды необходимо будет завершить свой точный путь от основания сердца до дефектного клапана, пока сердце человека бьется, что означает перемещение в среде, которая находится в постоянном, энергичном движении.

Команда предоставила роботу подробную карту типичного сердца, включая расположение определенных сосудов и клапанов. Робот использует эту информацию в качестве приблизительного руководства в каждой процедуре. Но устройство также легко адаптируется, используя входные данные от встроенных сенсорных и видеодатчиков для определения места утечки клапана в каждом сердце. Чтобы определить его точное местоположение, робот несколько раз мягко постукивает по стенке сердца, «как тараканы постукивают своими антеннами», — говорит Дюпон. В испытаниях на животных в этом году робот успешно прошел от точки входа до зоны повреждения клапана в 95% случаев ⁴ .

Медленная, устойчивая революция

Исследователи надеются, что автономная хирургия сделает специализированные процедуры доступными для гораздо большего числа людей. В Соединенных Штатах «распределение хирургов по стране неравномерно», — говорит уролог Кирстен Грин из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. «Есть много мест, куда люди не имеют доступа». То же самое и со странами по всему миру. Она отмечает, что помощь автономных роботов может помочь восполнить некоторые из этих пробелов в хирургическом опыте.По словам Гарга, эта технология может также сократить время, необходимое начинающим хирургам для изучения своего дела. Роботы могут позволить им выполнять сложные процедуры с меньшим количеством лет обучения.

Роботы-хирурги еще не могут выполнить всю процедуру от начала до конца. «Через десять лет некоторые регулярные процедуры могут быть автоматизированы», — говорит Гарг. Например, «операции очень большого объема — удаление желчного пузыря, аппендэктомия». Но до этого еще далеко, потому что хирурги по-прежнему гораздо лучше роботов взвешивают свой прошлый опыт и принимают сложные хирургические решения, например, что делать, когда кровеносный сосуд находится в другом месте, чем ожидалось.«Когда вам нужно понимание контекста, роботы начинают очень быстро давать сбои», — говорит Гарг. Скорее всего, автономные хирургические устройства войдут в клиническую практику постепенно, так же как такие функции, как круиз-контроль, а позже и системы удержания полосы движения, появились в автомобилях, опередив полностью автономные возможности вождения. В дополнение к хорошо зарекомендовавшим себя роботам-помощникам, таким как Да Винчи, Кригер отмечает, что роботы также используются для таких процедур, как рассечение костей и доставка излучения для лечения рака.

Самонаводящиеся роботы могут быть построены на хирургических инструментах, которые уже есть в некоторых больничных системах, что может помочь ускорить автоматизацию. Некоторые из разработок Гарга, например, можно присоединить к роботизированной системе Да Винчи, которая использовалась в более чем шести миллионах хирургических операций под управлением человека по всему миру. «Если у вас есть устоявшаяся роботизированная платформа, — говорит Дюпон, — вы можете постепенно добавлять эти уровни автономии». Однако на каждом этапе исследователям необходимо будет доказывать, что их устройства готовы к клиническому использованию.Одно дело — соединить кусочки плоти внутри блюда или даже у животного на операционном столе, но совсем другое — сделать то же самое с людьми, — говорит Гарг, — терпимость к неудаче ничтожна.

Возможность большей автоматизации уже вызывает вопросы о том, как будет развиваться роль хирурга, если интеллектуальные роботы возьмут на себя самые сложные маневры. Большинство в этой области все еще видят место для хирургов — хотя им нужно будет стать непревзойденными менеджерами, доказавшими свое мастерство не только в конкретных процедурах, но и в использовании множества автоматизированных инструментов для достижения наилучшего эффекта.«Я не думаю, что вы делаете людей устаревшими. Вы переводите их на следующий уровень, где они больше похожи на дирижеров, — говорит Хойт. Гарг соглашается: «Для большей картины вам нужен человек, контролирующий ситуацию».

По крайней мере, таков их план на данный момент. Но если автономные хирурги-роботы получат широкое распространение, они могут начать развиваться неожиданным образом. Гарг, например, разрабатывает самоуправляемых роботов, которые учатся на своих неудачах и успехах почти так же, как и люди, сужая человеческое преимущество.В конечном итоге роботы могут делиться знаниями, полученными в ходе сотен операций, со всеми другими роботами в обширной сети, что значительно повышает их производительность. «Вы можете соединить все эти системы вместе, так что если будет лечиться необычная анатомия, информация об этом случае будет доступна в другом месте», — говорит Дюпон. Но до такого обмена разведданными еще далеко. На данный момент, подчеркивает Дюпон, автономные роботы созданы, чтобы помогать хирургам-людям, а не затмевать их. «Если у вас есть система, которая может помочь клиницистам быстрее пройти курс обучения и помочь им выполнять определенные части процедуры, это будет реальным преимуществом.”

.