МедРо - лаборатория медицинской робототехники

Руководитель проекта: Евгений Аркадьевич Магид

Целью научного исследования является разработка концепций, методов, алгоритмов и конкретных технологий на стыке медицины, Интернета вещей (IoT) и робототехники, которые помогут создать на базе Университетской клиники Казанского федерального университета первую в Российской Федерации роботизированную «умную больницу». Идея исследования появилась, когда в РФ пришел COVID-19; в Республике Татарстан часть обычных больниц была оперативно превращена в ковидные госпитали, а контагиозность заболевания потребовала сократить до минимума количество контактов между людьми. После изучения ответов ведущих ученых в области робототехники на катастрофическую эпидемию стало очевидно, что только комплексная роботизация здравоохранения сможет существенно повысить безопасность и понизить смертность среди пациентов и персонала во время эпидемиологических катаклизмов, а также позволит снизить повседневную нагрузку на младший медицинский и вспомогательный персонал больниц. Комплексная роботизация медицинского учреждения предполагает создание и интеграцию в единую систему роботов-сопровождающих, роботов-дезинфекторов, роботов для мониторинга здоровья пациентов, роботов-доставщиков (лекарств, еды, постельного белья, отходов), роботов-медсестер, социальных роботов и роботов-информаторов, умных инвалидных колясок и умных медицинских койек, IoT-систем камер и датчиков, систем безопасности и контроля доступа, и других.

На сегодняшний день в рамках исследования была предложена общая концепция роботизированной «умной больницы» и создана виртуальная модель отделения нейрореабилитации МСЧ КФУ для тестирования концепции в компьютерном симуляторе (виртуальная модель построена по чертежам и результатам замеров на месте); разработаны концепция системы управления группой роботов в «умной больнице» и системы контроля доступа в помещения больницы, правила поведения роботов и ряд алгоритмов навигации для них; разработаны конструкции двух новых мобильных роботов («АртБул-2» и «АртБул-3») для выполнения функций сопровождения и доставки; созданы виртуальные модели этих мобильных роботов и модели нескольких сотен людей с разными физическими параметрами, которые помогут протестировать разработанные методы и алгоритмы; один робот «АртБул-2» уже полностью собран, для него написано и протестировано базовое программное обеспечение. Также разработан прототип программного обеспечения с графическим интерфейсом для управления «умной больницей», который позволяет ставить роботам различные задачи в «умной больнице» и управлять ими в режиме реального времени; прототип протестирован в компьютерном симуляторе и с реальными роботами «АртБул-2» и испанским колесным роботом TyagoBase. Дополнительно, были разработаны концепции, методы и алгоритмы, обеспечивающие безопасность человека при совместной работе с роботами и интегрирующие роботов с сетями датчиков; некоторые из них были запрограммированы на реальных роботах и протестированы в пилотных экспериментах, в которых приняли участие более пятидесяти студентов-волонтеров Института информационных технологий и интеллектуальных систем (ИТИС) КФУ. Полученные результаты были описаны в серии научных статей, представленных на ведущих профильных конференциях по робототехнике и опубликованных в международных журналах, включая несколько публикаций в журналах квартилей Q1 и Q2; более 10 технологических решений было зафиксировано в виде государственной регистрации программ ЭВМ.

Статьи (избранные)

[1] Magid E., Zakiev A., Tsoy T., Lavrenov R., Rizvanov A. Automating pandemic mitigation // Advanced Robotics. – 2021. – Vol. 35 (9). – p. 572-589.

[2] Safin R., Lavrenov R., Tsoy T., Magid E., Svinin M., Roy S.D., Saha S.K. Prioritizing tasks within a robotic transportation system for a smart hospital environment // Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics). – 2021. – № 12998. – p. 182-193.

[3] Shafikov A., Tsoy T., Lavrenov R., Magid E., Li H., Maslak E., Schiefermeier-Mach N. Medical palpation autonomous robotic system modeling and simulation in ROS/Gazebo // Proceedings of 13th International Conference on Developments in eSystems Engineering (DeSE) (Wuhan, China; 14-17 December 2020) – 2020. – p. 200-205.

[4] Abbyasov B., Dobrokvashina A., Lavrenov R., Kharisova E., Tsoy T., Gavrilova L., Bulatov S., Maslak E., Schiefermeier-Mach N., Magid E. Ultrasound sensor modeling in Gazebo simulator for diagnostics of abdomen pathologies // The 15th Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON 2021) (Kazan, Russia; 13-15 May 2021) (online) – 2021. – № 9438910.

[5] Safin R., Lavrenov R., Hsia K.-H., Maslak E., Schiefermeier-Mach N., Magid E. Modelling a TurtleBot3 Based Delivery System for a Smart Hospital in Gazebo // The 15th Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON 2021) (Kazan, Russia; 13-15 May 2021) (online) – 2021. – № 9438875.

[6] Bulatov S., Kharisova E., Safin R., Lavrenov R. Information technologies in professional training of medical University graduates: modelling standard interaction with outpatients and treatment process // The 15th Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON 2021) (Kazan, Russia; 13-15 May 2021) (online) – 2021. – № 9438915.

[7] Bulatov S., Magid E., Kharisova E., Lavrenov R., Dudin V., Khazetdinov A. Architecture of a student training computer program for preparing professional outpatient consulting skills within an electronic medical records system during COVID-19 alertness situation // International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB 2021) (online) – 2021. – p. 36-39.

[8] Li H., Nie X., Duan D., Li Y., Zhang J., Zhou M., Magid E. An Admittance-Controlled Amplified Force Tracking Scheme for Collaborative Lumbar Puncture Surgical Robot System // International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. – 2022. – Vol. 18. – No. 6. – p. 1-13 .

[9] Lychko S., Tsoy T., Li H., Martinez-Garcia E., Magid E. ROS network security for a swing doors automation in a robotized hospital // Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON 2022) (online, 17-19 November 2022) – p. 1-6.

[10] Talanov M. et al. Neuropunk Revolution. Hacking Cognitive Systems towards Cyborgs 3.0 // International Journal of Unconventional Computing. – 2023. – pp. 145-201.

[11] Mikhailova Y. Neurointerface with oscillator motifs for inhibitory effect over antagonist muscles / A. Pozdeeva, A. Suleimanova, A. Leukhin, A. Toschev, T. Lukmanov, E. Fatyhova, E. Magid, I. Lavrov, M. Talanov // Frontiers in Neuroscience. – 2023. – Vol. 17. – pp. 1-9.

[12] Abbyasov B., Zagirov A., Gamberov T., Li H., Magid E. Vision-based autonomous navigation for medical examination using a UR3e manipulator // International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB 2024). – 2024. – Vol.29. – pp. 308-311.

[13] Аббясов Б. Р., Магид Е. А. Концепция автономной навигации манипулятора UR3e с использованием камеры глубины Kinect для диагностического исследования пациента // XIV Всероссийское совещание по проблемам управления : сборник научных трудов, Москва, 17-20 июня 2024. – М. : Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова, 2024. – С. 1122-1125.

[14] Salman R., Sulaiman S., Islamova R., Tsoy T. An investigation on the impact of human-robot interactions during an autonomous obstacle avoidance task // International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB 2024). – 2024. – Vol.29. – pp. 300-303.

[15] Alexeev A., Tsoy T., Martinez-Garcia E. A., Magid E. An Overview of Kinect Based Gesture Recognition Methods // International Conference on Artificial Life and Robotics (ICAROB 2024). – 2024. – Vol.29. – pp. 295-299.