Sistema Robótico para a impressão direta in suti em órgãos

Abstract

A escassez de dadores de pele à volta do mundo representa um problema grave à escala mundial. Uma das promessas futuras no tratamento da regeneração de pele, consiste na utilização da bioimpressão 3D em detrimento de doadores. De forma a acelerar o procedimento do processo da bioimpressão 3D surgiu o conceito in suti.Este projeto de dissertação consistiu em avaliar a performance do robô PANDA, desen- volvido pela Franka Emika, no processo de impressão direta in suti em órgãos.Através do desenvolvimento de um algoritmo em Matlab, foi possível gerar áreas sobre a superfície de um braço para posteriormente serem percorridas pelo robô.Inicialmente, foram realizados ensaios em espaço livre de modo a avaliar a arquitetura de controlo implementada, controlador de impedância, e o desempenho do robô PANDA, quer em ambiente de simulação quer em ambiente real.Por último, foi testado a tarefa de impressão direta in suti sobre a superfície de um braço de um manequim.Verificou-se que o controlador de impedância pode ser usado em tarefas de impres- são direta in suti. Os resultados obtidos em ambiente de simulação e em ambiente real mostraram-se bastante promissores, tendo um erro médio de posição de 1 milímetro e de orientação um erro inferior a 1 grau.Para a realização da tarefa de impressão direta in suti sobre a superfície é necessário um sistema de visão ultra-preciso para a captação dos pontos da nuvem, em vez do sensor LiDAR utilizado, que provocou erros na nuvem de pontos na ordem de 1 a 2 centímetros. Este projeto de dissertação abre portas para futuros investigadores que queiram trabalhar na área da robótica colaborativa.

The shortage of skin donors around the world poses a serious worldwide problem. One of the future promises in the treatment skin regeneration is use of 3D bioprinting to the detriment of donors. In order to speed up the procedure of the 3D bioprinting process, the concept in suti emerged.This work consisted of evaluating the performance of PANDA robot, developed by Franka Emika, in process of in suti direct printing in organs. Through the development of an algorithm in Matlab, it was possible to generate areas on the surface of an arm to later be covered by the robot.Initially, free space tests were performed to evaluate the implemented control architec- ture, impedance controller, and the performance of the PANDA robot, both in a simulation and real environment.Finally, the process in suti direct printing was tested on the surface of a manikin’s arm.In conclusion, the implemented control can be used printing tasks. The results obtained in the simulation environment and in the real environment were very promising, with an average position error of 1 millimetre and an orientation error of less than 1 degree. To perform the task of in suti direct printing on the surface, an ultra-precise vision system is required to capture the cloud points, instead of the LiDAR sensor used, which caused errors in the point cloud in the order of 1 to 2 centimetres. This dissertation project opens doors for future researchers who want to work in the area of collaborative robotics.-------------------------------------------