論文の概要: Preview-Based Relative-Motion Control of an Insertion Tool for Neural-Thread Placement in Pulsating Tissue

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.08860v1
• Date: Sun, 09 Aug 2026 18:53:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-11 19:16:36.976072
• Title: Preview-Based Relative-Motion Control of an Insertion Tool for Neural-Thread Placement in Pulsating Tissue
• Title（参考訳）: 脈動組織におけるニューラルスレッド配置のための挿入工具の予備的相対運動制御
• Abstract要約: 本稿では,プレビューベースの相対移動制御器を開発する。 遅延遅延周期面の動きを推定し、短い水平線上で予測し、オフセットフリーモデル予測制御を用いて相対配置を調節する。 12.0um自由空間と1.9um接触RMS相対配置誤差、遅延フィードバックインピーダンスは18.3/176.8um、ラボフレームPDは286.1/275.5um、ピーク接触力は286.1/275.5umである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Robotic neural-thread placement requires regulating the insertion-tool tip relative to tissue that moves with cardiac and respiratory pulsation. This paper develops a preview-based relative-motion controller that estimates latency-delayed periodic surface motion, predicts it over a short horizon, and uses offset-free model predictive control to regulate relative placement while limiting actuator effort and lateral relative velocity. In MuJoCo, the 1-DOF controller achieves 12.0\um\ free-space and 1.9\um\ contact RMS relative-placement error, versus 18.3/176.8\um\ for delayed-feedback impedance and 286.1/275.5\um\ for lab-frame PD, at the cost of higher peak contact force (3.43 versus 2.00~mN) since offset-free tracking drives the tip fully to the commanded depth rather than yielding against the tissue. In 3 DOF, coupled preview reduces contact lateral shear from 1.34 to 0.50~mm/s with 2.1\um\ lateral RMS error. A feasibility-restored octagonal shear formulation keeps the QP solvable under degraded sensing by adding a bounded shared slack: at 10\um\ RMS per-axis sensing noise, where a matched cost-only controller violates the 0.80~mm/s budget in all 10 seeds (mean/maximum 0.988/1.175~mm/s), the soft-octagon controller completes all 10 seeds with no fallback and no measured violation (0.653/0.712~mm/s), with its operating envelope characterized up to 15\um\ RMS. A two-vertex Lyapunov certificate for the controller's actual finite-horizon error-feedback gain holds over $-40\%/{+}50\%$ reflected-mass mismatch. The modeled tip is a rigid contact point, and the study is simulation-only: flexible-thread and carrier-needle mechanics, a validated transient-force constraint, biological damage thresholds, and hardware-realistic sensing and timing remain required before deployment.
• Abstract（参考訳）: ロボットの神経スレッドの配置は、心臓と呼吸の脈動で動く組織に対して挿入ツールの先端を調節する必要がある。 本稿では、遅延遅延周期面の動きを推定し、短い水平線上で予測し、オフセットフリーモデル予測制御を用いて、アクチュエータの動作と横方向の相対速度を制限しながら相対配置を規制するプレビューベースの相対運動制御器を開発する。 MuJoCoでは、1-DOFコントローラは12.0\um\自由空間と1.9\um\接触RMS相対配置誤差を18.3/176.8\umと286.1/275.5\umと達成している。 3 DOFでは、コラボレートプレビューにより、接触側面のせん断が2.1\um\ lateral RMSエラーで 1.34 から 0.50~mm/s に減少する。 10\um\ RMS per-axis Sensor noiseでは、一致したコストのみのコントローラが全10種(平均値0.988/1.175~mm/s)の0.80~mm/s予算に違反し、ソフトオクタゴンコントローラは、フォールバックなしで10種全てを完了し、測定された違反(0.653/0.712~mm/s)を伴わない。 コントローラの実際の有限水平誤差フィードバックゲインに対する2頂点のリアプノフ証明書は、$-40\%/{+}50\%$リフレクション質量ミスマッチを保持する。 モデル化された先端は厳密な接触点であり、研究はシミュレーションのみであり、フレキシブル・スレッドとキャリア・ニードル・メカニクス、検証された過渡的な力の制約、生物学的損傷閾値、ハードウェア・リアル・センシングとタイミングがデプロイ前に必要である。

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