Les robots souples à guidage magnétique pourraient mener à des traitements plus sûrs pour les caillots sanguins qui menacent la vie, montre une étude de l’Université Concordia

Une équipe de recherche de l’Université Concordia a conçu une technique assistée par l’IA et une plateforme robotique qui pourraient un jour faciliter la réalisation d’interventions chirurgicales plus sûres et rapides ainsi que moins vulnérantes pour traiter des états pathologiques comme les caillots sanguins situés au plus profond des voies neurovasculaires.

La méthode repose sur de petits robots mous capables de se mouvoir le long des voies délicates et complexes du corps humain afin de trouver et d’éliminer de dangereux obstacles à la circulation du sang. Ces robots sont faits d’un composite biocompatible semblable au caoutchouc qui contient des microparticules permettant leur guidage par des aimants externes.

L’équipe croit que son approche pourrait se révéler considérablement plus avantageuse que les actuelles interventions fondées sur les cathéters. En effet, les robots souples à guidage magnétique pourraient aider les chirurgiennes et chirurgiens à éviter des risques comme ceux de léser ou de perforer les parois des vaisseaux sanguins.

« Les champs magnétiques sans fil rendent possibles de nombreuses applications en soins de santé ainsi qu’en micromanipulations chirurgicales », affirme Ramin Sedaghati, professeur au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial de l’École de génie et d’informatique Gina-Cody et l’un des auteurs de l’étude.

« Ce minuscule robot souple est attaché à l’extrémité d’un cathéter classique ou d’un fil chirurgical. Ainsi fixé, le robot peut être guidé vers une obstruction, utilisé pour exécuter une intervention, puis retiré avec moins de risques. »

En comparaison d’une approche classique, le système réduisait les erreurs de trajectographie de non moins de 77 pour cent tout en nécessitant un moins grand effort de contrôle.

L’étude a été publiée dans la revue Smart Materials and Structures.

Mouvements et mesures de précision

Le robot de dimension millimétrique est guidé au moyen d’un puissant aimant permanent monté sur un bras robotisé à six axes. En réglant l’angle et la position de l’aimant, les chercheurs peuvent contrôler avec précision les torsions et mouvements du robot souple.

Contrairement à de nombreux systèmes robotiques magnétiques existants reposant sur d’encombrants électroaimants et des méthodes de commande en boucle ouverte plus simples, le nouveau système mesure la position du robot en continu.

L’équipe de recherche a également conçu un modèle avancé combinant méthodes analytiques et apprentissage profond en vue de prédire le comportement du robot sous l’effet de variations des forces magnétiques, de la pesanteur et des conditions d’écoulement des fluides semblables à celles qu’on observe à l’intérieur du corps humain.

Les chercheurs ont également entraîné un autre modèle d’apprentissage profond capable de détecter la forme du robot et la position de son extrémité à l’aide d’images d’appareils photographiques ultrarapides. Ils ont ainsi pu surveiller la position et la déformation du robot en temps réel et fournir une rétroaction pour le système à boucle fermée.

Des tests simulant les conditions d’intervention chirurgicale

L’équipe a ensuite testé la plateforme robotique au moyen d’une série d’expériences in vitro conçues pour imiter de près des conditions réelles d’intervention chirurgicale. Elle a également construit des canaux fluidiques transparents simulant les environnements vasculaires accueillant la circulation de liquides.

Les expériences ont évalué dans quelle mesure le robot était capable de suivre des trajectoires de mouvement précis dans différentes conditions magnétiques et sous différents taux d’écoulement liquide. Le système de commande à boucle fermée donnait systématiquement de meilleurs résultats que les méthodes de commande classiques, présentant une exactitude, une stabilité et une résistance plus grandes aux perturbations causées par l’écoulement liquide.

L’étude a montré que le robot pouvait maintenir une trajectographie très exacte même lorsqu’utilisé dans des milieux liquides simulant la circulation sanguine.

« Cette étude de validation de principe est véritablement multidisciplinaire, alliant conception de matériaux, robotique, mécanique computationnelle et expérimentale, IA et commandes », souligne le P^r Sedaghati.

Alireza Moezi (Ph. D. 2026) est l’auteur principal de l’article. Il est maintenant chercheur postdoctoral à l’Université McGill.

Subhash Rakheja, professeur au Département de génie mécanique, industriel et aérospatial, a également contribué à la recherche.

Cette étude a reçu du financement du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies.

Lisez l’article cité : « Robotic-assisted tracking control of magnetoactive soft continuum robots in magnetic gradients ».