6G en AI als hulp voor operatierobots?

Kunnen mobiele chirurgische robots de gaten in de zorg helpen verkleinen? Duitse wetenschappers onderzoeken dat.

We voelen nu al het tekort aan artsen en de gevolgen daarvan voor de patiëntenzorg. Kunnen mobiele chirurgische robots de gaten in de zorg helpen verkleinen? Onderzoekers van de Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) en het Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) onderzoeken deze vraag.

Ze combineren robotica-benaderingen met AI-methoden met behulp van de toekomstige 6G-standaard voor mobiele communicatie. Hun doel is een analyse te maken van het potentieel van op afstand bestuurbare robotica voor chirurgische operaties laat zien. Ook willen ze de vereisten voor AI en communicatienetwerken definiëren.

Chirurgische robots

Het gebruik van robotica bij chirurgie is niet nieuw. Innovatiever is de aanpak om dergelijke systemen op afstand of op afstand bedienbaar te maken. Tot nu toe moet de chirurg die de operatie uitvoert aanwezig zijn in de buurt van de operatiekamer. Mobiel gebruik van op afstand bestuurbare robotica is nog niet praktisch gezien de omvang en infrastructuur van dergelijke systemen. Bovendien is de besturing van de systemen niet intuïtief. De chirurg werkt met joysticks via een afgeschermd scherm. Zowel natuurlijke beweging als haptische feedback ontbreken. In tegenstelling tot mensen zijn robots niet gevoelig genoeg.

Het onderzoeksteam heeft zich ten doel gesteld deze hindernissen te overwinnen. Hiervoor gebruiken ze een demonstrator die bestaat uit twee collaboratieve robotarmen en daarmee een klassieke opstelling vertegenwoordigt. De ene robotarm kan door mensenhanden worden bestuurd door de andere te begeleiden. Het systeem maakt virtuele haptische feedback mogelijk in de vorm van force feedback, die wordt overgedragen van de bestuurde robotarm naar de besturende robotarm. Hierdoor kan de persoon die de controle heeft, voelen wat hij doet.

De communicatie tussen de twee robots gebeurt via een netwerk. Er zijn geen grote datapakketten in beweging - de kern van de zaak is heel anders. Vooral bij gevoelige activiteiten zoals op afstand bestuurde operaties zijn de latentievereisten bijzonder hoog. Controlecommando’s van de bedienende persoon moeten zonder enige vertraging op de behandellocatie aankomen. Daarom gebruiken de onderzoekers het testscenario om te bepalen waar de toekomstige 6G-standaard voor mobiele communicatie aan moet voldoen op het gebied van real-time controle.

Natuurlijker controle

Tegelijkertijd onderzoekt het team hoe de werking van het systeem kan worden verbeterd met behulp van intelligente technologieën. Ze testen onder meer een op nabij infrarood gebaseerd motion capture-systeem. Hierdoor kunnen objecten zoals een hand en zijn bewegingen tot op de millimeter nauwkeurig in de ruimte worden vastgelegd. Onnatuurlijke besturing via joystick zou daardoor niet langer nodig zijn.

Ook is het mogelijk om een brein-machine-interface (BCI) in het systeem te integreren. Door de hersengolven van een chirurg te meten met behulp van elektro-encefalografie of nabij-infraroodspectroscopie, kunnen de onderzoekers data verkrijgen die informatie verschaffen over hun mentale toestand. Een kunstmatig neuraal netwerk, een toepassing uit het veld van machine learning, zorgt voor de evaluatie. Het scant de gegevens gemeten door BCI en wijst deze toe aan stemmingstoestanden. Als de aandacht van de chirurg afneemt of zijn stressniveau toeneemt, kan er bijvoorbeeld een waarschuwingsbericht worden verzonden.

Open6GHub

Met de bevindingen uit het project gaat het team de specificaties invullen voor de real-time afstandsbediening van operatierobots. De onderzoekers ontwikkelen geen medische producten. Ze zijn veeleer geïnteresseerd in het definiëren van eisen aan 6G en AI om de technologie in gebruik te kunnen nemen. Dat kan bijvoorbeeld in de vorm van een mobiele operatiekamer of geïnstalleerd in een ambulance.

Het project valt onder de paraplu van Open6GHub, dat wordt gecoördineerd door RPTU en DFKI. Ook andere universiteiten en onderzoeksinstituten zijn bij het project betrokken. In het onderzoeksnetwerk willen de partners bijdragen aan de ontwikkeling van een algehele 6G-architectuur en ook end-to-end-oplossingen lanceren op onder meer de volgende gebieden:

• uitgebreide netwerktopologieën met flexibele zogenaamde organische netwerken
• beveiliging en veerkracht
• THz- en fotonische transmissiemethoden
• sensorfunctionaliteiten in netwerken
• het intelligente gebruik en verdere verwerking ervan
• toepassingsspecifieke radioprotocollen.

Op weg daarheen staan de onderzoekers open voor dialoog en samenwerking. Ze zijn op zoek naar een vroege en interactieve dialoog met het publiek en zijn ook klaar voor samenwerking met de industrie en gebruikers. Hiervoor zullen ze OpenLabs installeren en proefvelden openen. Last but not least willen ze een open innovatiesysteem bevorderen door het MKB en start-ups en hun resultaten erbij te betrekken.

Foto: Thomas Koziel, RPTU