Una tesis doctoral de la Universidad de Málaga crea una arquitectura que unifica percepción, decisión y movimiento para avanzar hacia robots quirúrgicos de alta autonomía.
Un investigador de la Universidad de Málaga (UMA) ha desarrollado un sistema que permite a los robots quirúrgicos tomar decisiones de forma más autónoma durante una operación, reduciendo al mismo tiempo el daño que se produce en los tejidos del paciente. El trabajo forma parte de la tesis doctoral de Álvaro Galán, defendida en la UMA y dirigida por el catedrático Víctor Muñoz en el Laboratorio de Robótica Médica y Gemelos Digitales del Instituto Universitario de Investigación en Ingeniería Mecatrónica y Sistemas Ciberfísicos (IMECH.UMA).
Una arquitectura que conecta percepción, decisión y movimiento
Según explica la UMA, hasta ahora los robots quirúrgicos conseguían realizar tareas concretas, como cortar o succionar, pero cada programa funcionaba de forma aislada, sin comunicarse de manera continua con el resto del sistema. La tesis de Galán desarrolla una arquitectura que integra la percepción del entorno, el razonamiento lógico y el control del movimiento en un único proceso continuo, lo que la universidad sitúa dentro de lo que se conoce como Nivel 4 de autonomía quirúrgica, previo a la automatización total.
Decisiones que se pueden verificar
Uno de los aspectos del trabajo es el modo en que se garantiza la seguridad de las decisiones que toma el robot. En lugar de recurrir a modelos de inteligencia artificial cuyo razonamiento no puede revisarse, conocidos como «cajas negras», el sistema utiliza un marco matemático basado en ontologías y lógicas de descripción. Según indica la UMA, esto permite que cada decisión autónoma del robot sea transparente, predecible y pueda comprobarse en un tiempo determinado por el equipo médico que supervisa la intervención.
Medir la fuerza sin sensores dentro del paciente
Otro de los problemas que aborda la investigación es que, en la cirugía mínimamente invasiva, el instrumento robótico atraviesa la pared abdominal a través de una pequeña incisión (el trocar), lo que mezcla la resistencia de esa incisión con la fuerza que el robot ejerce realmente sobre los órganos internos. Para resolverlo sin introducir sensores adicionales en el paciente, Galán aplica un modelo matemático viscoelástico que permite aislar la fuerza exacta ejercida sobre el tejido con un margen de error relativo del nueve por ciento.
Resultados en pruebas de laboratorio
El sistema se ha probado en una plataforma robótica con dos brazos que recrea las condiciones de una cirugía laparoscópica. En la planificación de suturas, identificó la forma de las heridas y situó los puntos con un 85 por ciento de éxito y un margen de error inferior a los 2,5 milímetros. En la supervisión durante la operación, reconoció las fases de la cirugía con una latencia de 0,75 segundos y reaccionó ante fallos o presiones excesivas.
Según los datos aportados por la UMA, el sistema de control de movimiento adaptativo logró reducir el trauma en los tejidos en un 56,5 por ciento frente a otras estrategias de control probadas en la misma plataforma, al reorientar de forma automática el instrumental para evitar picos de fuerza sobre la pared abdominal.
La tesis ha obtenido la calificación de sobresaliente cum laude con mención internacional dentro del Programa de Doctorado en Ingeniería Mecatrónica de la UMA.