論文の概要: Genetic Algorithm to Optimize Design of Micro-Surgical Scissors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.15243v1
- Date: Sun, 21 Jul 2024 18:39:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-23 18:39:18.862345
- Title: Genetic Algorithm to Optimize Design of Micro-Surgical Scissors
- Title（参考訳）: マイクロサージカルシザーの設計最適化のための遺伝的アルゴリズム
- Authors: Fatemeh Norouziani, Veerash Palanichamy, Shivam Gupta, Onaizah Onaizah,
- Abstract要約: マイクロロボティクス(Microrobotics)は、小さなロボットが、最小侵襲の手術で提供される精度と器用さを改善する可能性があるため、魅力的な研究分野である。
そのような道具の1つの例は、脳などの体内の奥深くに存在する腫瘍や癌組織を切断するために開発された微小手術用ハサミである。
はさみは、偏向を最大化し、切断力を発生させるために、2つの磁石を特定の距離に配置して設計されている。
マイクロサージカル・シザーのリモート・アクティベーションとサイズ要件は、組織を穿刺するために発生する力を制限している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.0436372885836986
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: Microrobotics is an attractive area of research as small-scale robots have the potential to improve the precision and dexterity offered by minimally invasive surgeries. One example of such a tool is a pair of micro-surgical scissors that was developed for cutting of tumors or cancerous tissues present deep inside the body such as in the brain. This task is often deemed difficult or impossible with conventional robotic tools due to their size and dexterity. The scissors are designed with two magnets placed a specific distance apart to maximize deflection and generate cutting forces. However, remote actuation and size requirements of the micro-surgical scissors limits the force that can be generated to puncture the tissue. To address the limitation of small output forces, we use an evolutionary algorithm to further optimize the performance of the scissors. In this study, the design of the previously developed untethered micro-surgical scissors has been modified and their performance is enhanced by determining the optimal position of the magnets as well as the direction of each magnetic moment. The developed algorithm is successfully applied to a 4-magnet configuration which results in increased net torque. This improvement in net torque is directly translated into higher cutting forces. The new configuration generates a cutting force of 58 mN from 80 generations of the evolutionary algorithm which is a 1.65 times improvement from the original design. Furthermore, the developed algorithm has the advantage that it can be deployed with minor modifications to other microrobotic tools and systems, opening up new possibilities for various medical procedures and applications.
- Abstract（参考訳）: マイクロロボティクス(Microrobotics)は、小さなロボットが、最小侵襲の手術で提供される精度と器用さを改善する可能性があるため、魅力的な研究分野である。
そのような道具の1つの例は、脳などの体内の奥深くに存在する腫瘍や癌組織を切断するために開発された微小手術用ハサミである。
このタスクは、そのサイズと器用さから、従来のロボットツールでは難しい、あるいは不可能であるとみなされることが多い。
はさみは、偏向を最大化し、切断力を発生させるために、2つの磁石を特定の距離に配置して設計されている。
しかし、マイクロサージカル・ハサミのリモート・アクティベーションとサイズ要件は、組織を穿刺するために発生する力を制限している。
小さい出力力の限界に対処するため、我々は進化的アルゴリズムを用いてハサミの性能をさらに最適化する。
本研究では, 従来開発されたマイクロサージスシザーの設計を改良し, 磁石の最適位置と各磁気モーメントの方向を決定した。
開発したアルゴリズムは、ネットトルクを増大させる4-マグネット構成に成功している。
この純トルクの改善は、直接高い切断力に変換される。
新しい構成では、進化アルゴリズムの80世代から58mNの切断力を生成する。
さらに、開発したアルゴリズムは、他のマイクロロボティックなツールやシステムに小さな修正を加えてデプロイできるという利点があり、様々な医療処置や応用の新たな可能性を開くことができる。
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