Ideias para projetos em robótica surgem de modelos matemáticos

As cirurgias feitas por robôs vêm revolucionando a medicina, já que viabilizam procedimentos minimamente invasivos e proporcionam muito mais precisão e segurança. “Em alguns casos, as máquinas realizam operações cuja execução pelo ser humano é simplesmente impossível”, afirma o professor Bruno Vilhena Adorno, do Departamento de Engenharia Elétrica da UFMG. Por meio de um acordo de colaboração entre a UFMG e a Universidade de Tóquio, Adorno participa, desde 2017, da pesquisa Estudo sobre controle de robôs para aplicações cirúrgicas, na qual é um dos responsáveis pela elaboração de modelos matemáticos e algoritmos que norteiam o funcionamento “inteligente” de robôs-cirurgiões.

Em maio deste ano, a equipe da Universidade de Tóquio apresentou, durante a International Conference on Robotics and Automation (ICRA/2018), realizada na Austrália pelo Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE), um sistema que possibilita, por exemplo, operar o interior do tórax de fetos sem risco de quebrar costelas ou danificar tecidos. Bruno Adorno participou do desenvolvimento do software para o robô montado pelos pesquisadores japoneses.

De acordo com o professor da UFMG, ideias para projetos em robótica surgem de modelos matemáticos, ou seja, conjuntos de equações que regem o funcionamento dos sistemas e se traduzem em um programa de computador. “Minha tarefa é conceber os modelos matemáticos e algoritmos que descrevem os movimentos dos robôs e possibilitam fazer o planejamento e controle de ações, levando em consideração restrições, desvio de obstáculos e prevenção de colisões”, afirma.

Bruno Adorno conta que ingressou na equipe japonesa depois da indicação de um ex-aluno que atualmente é pós-doutorando na Universidade de Tóquio. “No Japão, há um enorme parque industrial para a produção de robôs. Por isso, é muito ágil o processo de encomenda de peças customizadas. Mas foi preciso recorrer à UFMG para sanar suas limitações quanto à ‘expertise’ em controle de movimento, que leva em conta restrições como as impostas pela anatomia do corpo, ou à ocorrência de colisões entre os robôs e suas ferramentas. É uma parceria de sucesso”, detalha.

Vantagens

A destreza cirúrgica dos robôs, que têm hastes muito mais finas do que as mãos de um médico, assegura aos procedimentos maior precisão e mais segurança. Segundo Bruno Adorno, a cirurgia robotizada possibilita o uso de ferramentas que seriam inviáveis, por exemplo, no caso da laparoscopia, procedimento bastante usado no Brasil. Na laparoscopia, o médico faz uma pequena incisão por onde introduz um fino tubo de fibras óticas, através do qual visualiza os órgãos internos e faz intervenções diagnósticas ou terapêuticas. Por meio de outras pequenas incisões, ele introduz os instrumentos cirúrgicos. “Na laparoscopia, o cirurgião precisa introduzir hastes e manipular muitas coisas ao mesmo tempo dentro do abdome do paciente. Isso gera riscos de choques indesejáveis entre ferramentas e tecidos”, explica o pesquisador.

No caso da operação robotizada, o médico manuseia alavancas em uma plataforma à parte, que funciona como extensão de seu corpo. Esse sistema interpreta os movimentos do médico com bastante precisão, o que possibilita o uso de técnicas para anular ruídos, como os tremores naturais das mãos. “A imagem do organismo é projetada para o cirurgião de maneira muito ampliada. Como seu movimento na cabine é transmitido para o bisturi com amplitude várias vezes menor, fica muito mais fácil cortar o que é preciso sem afetar outros tecidos”, detalha Adorno.

Também é possível, por meio dessa interface, estabelecer um envelope de trabalho que limita a área de ação das ferramentas. Essa particularidade impossibilita que as hastes toquem ou perfurem áreas inconvenientes, ainda que o médico cometa um erro grotesco de movimento. “Não é um mecanismo simplesmente pré-programado. O robô sabe, de fato, onde o paciente está e é reativo diante de situações inesperadas. No momento em que uma haste se aproxima da outra, os robôs são capazes de antecipar e corrigir o curso. Tudo isso graças a uma precisa descrição matemática”, reforça Bruno Adorno.

A concepção de hardwares de robótica médica, segundo o professor, exige equipes numerosas, infraestruturas enormes e muito dinheiro. “Pesquisas nessa área, envolvendo hardware, só são possíveis por meio de consórcios com grandes institutos. Aqui no Brasil, geralmente só conseguimos fazer algumas coisas conceituais”, comenta Bruno Adorno.

O pesquisador conta que, desde a primeira apresentação da pesquisa, muitos avanços foram obtidos. O experimento está, atualmente, na fase de testes em maquetes do corpo humano com tamanho e anatomia reais. “A cirurgia endonasal [técnica de tratamento de tumores e outras lesões cranianas através do nariz] deverá ser a primeira das aplicações do nosso projeto”, anuncia.

Estudo sobre controle de robôs para aplicações cirúrgicas
Integrantes: Bruno Vilhena Adorno (UFMG); Murilo Marques Marinho, Mamoru Mitsuishi e Kanako Harada (Universidade de Tóquio).