Automatisation : ce robot recoud tout seul une plaie avec six points de suture

Un petit chagrin pour un robot, un grand pas pour la robotique : c’est ainsi que l’on pourrait paraphraser l’avancée que viennent de présenter des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley. Dans une vidéo, vous pouvez voir comment un robot à deux bras recoud de manière indépendante une plaie en imitant la peau avec six points de suture. Il passe l’aiguille à travers le tissu mou et souple d’un bras du robot à l’autre tout en gardant le fil tendu.

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Bien que les robots soient désormais impliqués dans de nombreuses procédures telles que les hernies inguinales et les pontages coronariens, ils ne font qu’assister les chirurgiens et ne les remplacent pas. Cette nouvelle recherche ouvre la voie à des robots capables de travailler de manière plus autonome en salle d’opération pour des tâches très compliquées telles que la couture et de soulager le fardeau de l’équipe médicale. Mais le robot de couture pourrait également être utile dans d’autres domaines de la robotique au-delà de la salle d’opération.

“D’un point de vue robotique, il s’agit d’une tâche de manipulation très difficile”, déclare Ken Goldberg, chercheur à l’UC Berkeley et responsable du Les laboratoires qui ont travaillé sur le robot.

Défi pour les robots à coudre

Le robot doit surmonter des obstacles importants pour son utilisation en salle d’opération : ce qui est difficile, par exemple, c’est que des objets brillants ou réfléchissants tels que des aiguilles peuvent perturber les capteurs d’image d’un robot. De plus, les ordinateurs ont du mal à modéliser la façon dont les objets « déformables » tels que la peau et le fil réagissent lorsqu’ils sont percés et perforés. Contrairement au passage de l’aiguille d’une main humaine à l’autre, déplacer une aiguille entre des bras robotiques constitue un immense défi de dextérité.

Pour relever les défis, le robot utilise deux caméras pour capturer l’environnement. Les chercheurs l’ont entraîné avec un réseau neuronal afin qu’il soit capable de reconnaître où se trouvait l’aiguille et, en utilisant le contrôle de mouvement, de planifier les six mouvements nécessaires pour un point.

Le fait que de tels robots puissent suturer indépendamment des plaies et des organes dans les salles d’opération est encore une chose du futur. Mais l’automatisation d’une partie du processus de couture offre un potentiel médical sérieux, estime Danyal Fer, médecin et chercheur sur le projet.

Le processus de couture, un bon candidat pour l’automatisation

“Il y a beaucoup à faire pendant une opération”, explique Fer, “et la couture est souvent la dernière tâche à faire. Les médecins peuvent se fatiguer en cousant. S’ils ne referment pas correctement la plaie, cela peut arriver. “Plus les temps de guérison et un certain nombre d’autres complications. » Comme la suture est également une tâche assez répétitive, Goldberg et Fer ont pensé que c’était un bon candidat pour l’automatisation.

Si l’utilisation de robots permet également d’obtenir de meilleurs résultats pour les patients ou si les sutures guérissent plus rapidement et laissent moins de cicatrices : ces questions restent ouvertes. Car le succès du robot doit être considéré avec prudence : le nombre de six points de suture était le maximum que les bras du robot pouvaient gérer avant qu’un humain ne doive intervenir. En moyenne, le robot n’a réussi qu’environ trois points de suture lors des expériences. La plaie test était limitée à deux dimensions, par opposition à une plaie sur une partie arrondie du corps comme le coude ou la cheville. De plus, le robot n’a été testé que sur des « fantômes », un type de fausse peau utilisé dans la formation médicale – et non sur des tissus organiques ou des peaux d’animaux.

Axel Krieger de l’Université Johns Hopkins, qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré que le robot avait fait des progrès impressionnants, notamment dans sa capacité à trouver l’aiguille, à la saisir et à la transférer entre ses bras.

“C’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin”, explique Krieger. “C’est vraiment difficile. Je suis très impressionné par le chemin parcouru.”

Le laboratoire de Krieger est à la pointe de la couture robotisée. Mais l’équipe adopte une approche différente. Alors que les chercheurs de Berkeley travaillaient avec le Da Vinci Research Kit, un système robotique partagé utilisé dans de nombreuses salles d’opération pour les chirurgies laparoscopiques, Le laboratoire de Krieger a construit son propre système, le Smart Tissue Autonomous Robot (STAR).

Distinguer les tissus et le sang

Dans une publication à partir de 2022, il a été démontré que le STAR pouvait placer avec succès des sutures dans les intestins des porcs. Cela était remarquable car les robots ont généralement du mal à distinguer les couleurs dans un échantillon de tissu animal et de sang. Le système STAR, par exemple, bénéficiait de capteurs infrarouges dans les tissus qui indiquaient au robot où aller et d’un mécanisme de couture spécialement conçu pour placer les points. Le robot Berkeley a plutôt été conçu pour coudre à la main en utilisant le système Da Vinci, moins spécialisé.

La liste des défis est donc encore longue pour les deux approches de recherche si les robots chirurgiens veulent décoller. Krieger souhaite rendre le robot plus facile à utiliser pour les chirurgiens (ses fonctions sont actuellement cachées derrière un mur de code) et l’entraîner à manipuler des sutures beaucoup plus petites.

Goldberg souhaite que le robot de son laboratoire puisse suturer des formes de plaies plus complexes et effectuer des tâches de suture plus rapidement et avec plus de précision. Le laboratoire passera bientôt des tests sur imitation peau à ceux sur peau animale. La peau de poulet est préférée. “Ce qui est bien, c’est qu’il suffit d’acheter un poulet au supermarché”, dit-il. “Vous n’avez pas besoin de permis.”

(jl)