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近日有消息顯示，英偉達正聯(lián)合學(xué)者專家開發(fā)手術(shù)機器人。

英偉達的研究人員與來自多倫多大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、佐治亞理工學(xué)院的學(xué)者們，已經(jīng)研發(fā)出了一個名叫ORBIT-Surgical的仿真手術(shù)機器人訓(xùn)練框架，用于增強手術(shù)團隊的技能，同時減少外科醫(yī)生的認知負荷。

該模型在今年5月日本橫濱舉行的國際機器人與自動化會議（IEEE International Conference on Robotics and Automation，ICRA）上亮相。

1、高度逼真虛擬現(xiàn)實

ORBIT-Surgical能夠支持十多個腹腔鏡手術(shù)培訓(xùn)課操作，雙臂操作任務(wù)，比如將針在機械臂之間傳遞，并精準放置，將穿線的針穿過環(huán)桿，以及避開障礙物，雙臂同時抵達特定位置；單臂操作任務(wù)，如取紗布，將分流器插入血管，或?qū)⒖p合針提起到特定位置。

研究人員使用了 NVIDIA Isaac Sim ，即 NVIDIA Omniverse 的仿真和機器人解決方案。該機器人模擬工具可以在各種不同的逼真環(huán)境中構(gòu)建和測試虛擬機器人。

該團隊表示，與現(xiàn)有的手術(shù)框架相比，該手術(shù)模擬器能夠?qū)C器人的學(xué)習(xí)速度提高一個數(shù)量級。研究人員發(fā)現(xiàn)，機器人的數(shù)字孿生可以在一個單一的NVIDIA RTX GPU上完成像插入分流器和提起縫合針這樣的任務(wù)訓(xùn)練，時間不超過兩個小時。

2、如何將仿真變?yōu)楝F(xiàn)實

ORBIT-Surgical 開源代碼包現(xiàn)已在 GitHub 上發(fā)布。

機器人仿真的原理是基于物理學(xué)和計算機科學(xué)的原理進行的，所以機器人仿真能夠提供一種高度可控的環(huán)境，用于測試和驗證機器人的行為、性能和算法。

先進的機器人仿真器從應(yīng)用基本的物理學(xué)方程開始，例如，通過牛頓運動定律來確定物體如何在一個小的時間增量或一個時間段內(nèi)移動。它還可以結(jié)合機器人的物理約束，例如由鉸鏈狀關(guān)節(jié)組成，或無法穿過其他物體。

仿真器使用各種方法來檢測物體之間可能發(fā)生的碰撞、識別碰撞物體之間的接觸點，并計算力或脈沖，以防止物體之間相互碰撞。仿真器還可以計算用戶需要的傳感器信號，比如機器人關(guān)節(jié)處的扭矩或機器人抓手與物體之間的力。

為了盡可能減少在模擬世界中觀察到的結(jié)果與真實世界中的結(jié)果之間的差異，必須使用符合物理學(xué)的傳感器模型。憑借NVIDIA RTX技術(shù)，NVIDIA Isaac Sim 能夠?qū)崟r渲染來自傳感器的符合物理學(xué)的數(shù)據(jù)。例如在使用 RTX 模擬激光雷達時，光線追蹤可以在各種照明條件下，或者在對反射材料做出反應(yīng)時提供更加準確的傳感器數(shù)據(jù)。

這種仿真算法能夠極大提升機器人的研發(fā)效率，并降低資金成本，并且在醫(yī)療中的應(yīng)用廣闊，值得我們持續(xù)關(guān)注。