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Los robots de telemedicina llevan su experiencia a zonas remotas
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Hubo un tiempo en que la telemedicina significaba sostener un monitor de ritmo cardíaco hasta el receptor del teléfono para reproducir una señal audible. Los modernos robots de telepresencia como el RP-Vita de InTouch Health hacen más que poner la información de diagnóstico de un paciente en manos de un médico externo; crean una presencia virtual que permite tanto al médico como al paciente tener una experiencia sorprendentemente cercana a la real. Con sofisticados controles, imágenes avanzadas y pequeños y silenciosos motores de corriente continua de FAULHABER, InTouch lleva la atención médica de alto nivel a los lugares más lejanos del mundo.
El RP-Vita es el último de una familia de ofertas de presencia remota (RP) de InTouch. Además de su RP-Xpress, una unidad portátil para consultas inalámbricas, la empresa fabrica un par de carros de telepresencia manual: el RP-Lite, para uso en urgencias y en la UCI; y el RP-Vantage, una unidad de telepresencia quirúrgica con una cámara montada en un brazo que puede ser colocada sobre un campo estéril por un usuario remoto. El RP-7i representa la primera incursión de la compañía en robots autónomos de telepresencia. Cuando se diseñó su sistema más reciente, el RP-Vita, InTouch trató de construir una versión antropomórfica que pudiera navegar a una posición preestablecida a petición o dar al operador externo un control total sobre la dirección, así como sobre las comunicaciones, las imágenes y los datos.
El RP-Vita consiste en un "torso" de 49 pulgadas de alto, coronado por una pantalla que actúa como cabeza, tanto en forma como en función. El robot lleva un conjunto de sensores, desde telémetro láser hasta sonar, que proporciona un mapa tridimensional de la instalación con capacidad para evitar obstáculos. Los múltiples canales de E/S permiten la comunicación bidireccional entre el médico, el paciente y el personal, a la vez que facilitan la interfaz con el equipo de diagnóstico. El control se puede realizar a distancia a través del iPad o in situ mediante una pantalla táctil integrada.
Empacar tanta funcionalidad en una unidad relativamente compacta presentaba muchos desafíos. Además de satisfacer requisitos como el bajo ruido audible y la alta eficiencia para prolongar la vida de la batería, el sistema también tenía que cumplir con estrictas normas de seguridad médica con limitaciones estrictas en cuanto a la emisión de radiación y el ruido eléctrico. A diferencia de los robots industriales, el RP-Vita se mueve dentro del entorno del hospital, entrando y saliendo de las habitaciones, a veces pilotado por el usuario externo y otras veces viajando de forma autónoma. Necesitaba ser ágil, fiable y estéticamente atractivo. Sobre todo, sin embargo, tenía que ser seguro y fiable. "Puede que no se utilice durante todo el día, pero cuando un paciente con una apoplejía entra y necesita interactuar con un especialista de un hospital vecino, el robot necesita estar en línea y ser completamente funcional", dice Daniel Sánchez, director de ingeniería mecánica y eléctrica de InTouch.
Pan y Tilt
Los ojos y los oídos de un médico son esenciales para el proceso de diagnóstico y tratamiento. Como los otros dispositivos de la familia RP, el RP-Vita integra dos cámaras de alta definición en su pantalla. Una de las cámaras tiene una lente de ojo de pez para un campo de visión de 180°; la otra ofrece un zoom óptico de más de 20X, ofreciendo una capacidad de zoom efectiva de 120X entre los dos sistemas de cámaras, permitiendo al médico de fuera hacer todo tipo de cosas, desde navegar por los pasillos hasta acercarse a los ojos de un paciente con derrame cerebral.
Por supuesto, incluso la mejor cámara del mundo no sirve para nada si no apunta en la dirección correcta. Todos los robots móviles InTouch RP incluyen capacidades de paneo e inclinación de alta resolución para su visualización. En el caso del RP-Vantage y el RP-Lite, las pantallas cuelgan de un "cuello" cilíndrico que es lo suficientemente grande como para acomodar los componentes de ambos ejes de movimiento. El cuello de la RP-Vita es completamente diferente tanto en forma como en tamaño, midiendo sólo 4 pulgadas de ancho por 1,5 pulgadas de grosor. No fue posible encajar los dos juegos de motores, cajas de cambios, codificadores, acoplamientos, etc. en ese espacio. En su lugar, el equipo separó los ejes de movimiento, ubicando los componentes de la bandeja en el área del "hombro" en la parte superior del torso y los elementos de inclinación donde la pantalla se fija al cuello.
Sólo hubo un problema con ese enfoque: Ahora, el motor de la plataforma no sólo tenía que mover la pantalla, sino que también tenía que mover los componentes de movimiento del eje de inclinación. Los diseñadores necesitaban un motor de inclinación que minimizara la inercia mientras entregaba suficiente músculo para escanear la pantalla de 5 libras a 90 grados/s. El motor de desplazamiento también tenía que ser compacto. Aunque la zona del hombro del torso parece ofrecer mucho espacio para un subconjunto de movimiento, en realidad gran parte del espacio está ocupado. En un lado, un armario de almacenamiento contiene un auricular y un estetoscopio; en el otro lado, el hueco esconde un teléfono para permitir una conversación privada, así como varios puertos de entrada de audio y vídeo.
"Estamos trabajando con un espacio tan reducido pero los motores necesitan generar una buena cantidad de par y también necesitan ser muy precisos", dice Sánchez. La solución demostró ser los motores de CC sin núcleo de FAULHABER. En lugar de un rotor que consiste en un núcleo de hierro envuelto en cobre, las bobinas del motor sin núcleo están diseñadas para ser autoportantes. "La muy baja inercia del motor sin núcleo es importante para nosotros", observa. "Las características de muy alta potencia a volumen de los motores FAULHABER son ideales. También ofrecen muy buenas características de ruido eléctrico en lo que se refiere a las emisiones radiadas que podrían provenir de las escobillas."
La precisión y la resolución eran cruciales para el rendimiento. Con una amplia panorámica y un alto índice de zoom, los motores tenían que ser engranados para lograr la resolución requerida. La RP-Vita utiliza dos motores diferentes: un motor de corriente continua de 26 mm de diámetro sin cabezal reductor como entrada a un sistema de engranajes de accionamiento armónico para la inclinación y una segunda versión acoplada a un cabezal reductor planetario de bajo juego como entrada a una etapa de reducción de poleas para el pan. "Especialmente con el zoom efectivo de 120:1, el bajo juego es crítico para que podamos apuntar con precisión", dice. "Tenemos un muy buen rendimiento del bajo juego que ofrece el reductor planetario"
La solicitud también presentaba otros desafíos. Aunque el usuario remoto tiene el control total de la posición de la pantalla, es posible que el paciente o el personal del lugar también quieran moverla, ya sea para que la interacción sea más cómoda o para dirigir la atención del médico a una parte diferente de la habitación. "La capacidad de los sistemas de transmisión para retroceder es clave", dice Sánchez, "especialmente dado que tenemos relaciones bastante altas para lograr este movimiento preciso y obtener el par que necesitamos"
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Es imposible obtener un posicionamiento preciso sin una retroalimentación de alta resolución. La pregunta era qué tipo de dispositivo usar. Debido a la alta relación de reducción, necesitaban un codificador multi-vuelta, pero tenía que caber en un espacio limitado. Un codificador incremental podría satisfacer ese requisito, pero tendría que ser reubicado después de cada interrupción de energía. En el caso de la RP-Vantage, por ejemplo, la reubicación durante la cirugía simplemente no era una opción.
El equipo de InTouch desarrolló una innovadora solución híbrida que abordaba ambas cuestiones. Para monitorizar la posición absoluta, cada eje de movimiento incluye un potenciómetro que funciona como un sensor de posición absoluta. Al mismo tiempo, cada eje también tiene un codificador magnético incremental para rastrear el desplazamiento desde algún punto de partida, lo que permite al usuario reposicionar la pantalla según sea necesario. "Los codificadores magnéticos de bajo perfil son ideales para nosotros por su pequeño factor de forma y su alta resolución", dice Sánchez. "Eso es clave para nosotros" Una solución de controles personalizados basada en FPGA integra la información y realiza la planificación de la ruta. En caso de una interrupción y reinicio de la energía, el potenciómetro da al sistema el conocimiento de la posición absoluta de cada eje dentro del rango de movimiento, y la retroalimentación en bucle cerrado del codificador incremental monitoriza el reposicionamiento.
Fue un diseño efectivo. Sin embargo, cuando llegó el momento de pasar a producción, el equipo de InTouch se enfrenta al clásico dilema de un OEM: ¿construirlo o comprarlo? En el caso de InTouch, eligieron centrarse en su propuesta de valor central de controles y comunicaciones y dejar el subconjunto del motor al proveedor de movimiento. En lugar de ensamblar componentes discretos, compran un motor con un reductor planetario integrado. El subconjunto de FAULHABER también integra el codificador de bajo perfil y añade el cableado personalizado. Cada módulo que llega ha pasado la inspección de calidad y está listo para su uso.
Es un enfoque que funciona. InTouch tiene actualmente más de 900 unidades en el campo, y en cada una de ellas, los sistemas de paneo e inclinación han funcionado sin fallas. Los subconjuntos de movimiento les ahorran tiempo y dinero en el proceso de montaje y ofrecen el rendimiento que necesitan. La combinación de un diseño innovador con un proveedor de calidad como FAULHABER ha permitido a InTouch llevar la medicina del mañana a las comunidades periféricas, hoy
