Il gruppo di Loughborough sviluppa una tecnologia di visione 3D in tempo reale per la robotica e la chirurgia / Loughborough team develops real-time 3D vision technology for robotics and surgery
Il gruppo di Loughborough sviluppa una tecnologia di visione 3D in tempo reale per la robotica e la chirurgia / Loughborough team develops real-time 3D vision technology for robotics and surgery
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Nella chirurgia robotica assistita, il chirurgo può utilizzare diversi meccanismi per fornire al robot il feedback necessario / In robotic assisted surgery, the surgeon can use different mechanisms to the give the robot the necessary feedbackIn robotic assisted surgery, the surgeon can use different mechanisms to the give the robot the necessary feedback
I ricercatori hanno sviluppato un sistema che cattura video 3D ad alta precisione in tempo reale, un progresso che potrebbe portare a cambiamenti significativi nella scienza medica e nel settore automobilistico.Il progetto Robot Eyes, svoltosi presso la Wolfson School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering della Loughborough University, ha visto la creazione di un elemento ottico microstrutturato su misura che, abbinato ad un proiettore ed una telecamera ad alta velocità, consente ai robot di catturare la forma 3D di oggetti in movimento ad una velocità cento volte superiore rispetto agli attuali sistemi commerciali.
Si dice che il progresso consenta di proiettare modelli di luce strutturata sugli oggetti a frame rate molto elevati, consentendo di catturare miliardi di coordinate 3D al secondo. Questi dati 3D vengono visualizzati in tempo reale utilizzando software accelerato GPU.
Questo sviluppo potrebbe apportare dei cambiamenti nel modo in cui vengono eseguiti gli interventi chirurgici assistiti da robot, offrendo al contempo metodi più efficienti per l'automazione dei processi di produzione e riciclaggio.
In una dichiarazione, il ricercatore associato senior in metrologia ottica, il dott. Russ Coggrave, ha affermato: "I nostri sistemi si basano sul principio di proiezione di luce strutturata sulla superficie dell'oggetto, con il profilo della superficie che distorce tali mod. Le immagini che poi catturiamo da tali modelli distorti ci consentono di decodificare ed estrarre la forma 3D della superficie.
"La tecnica è consolidata ed ampiamente utilizzata nella metrologia industriale. Tuttavia, i sistemi esistenti sono relativamente lenti, quindi sono utili solo quando un oggetto è statico o si muove lentamente. La nuova tecnologia su cui abbiamo lavorato ci consente di aumentare la velocità di acquisizione, catturando quasi cento milioni di coordinate al secondo, ovvero quasi cento volte più velocemente dei sistemi esistenti. Questo cambiamento di velocità ci consente ora di misurare oggetti completamente in movimento, dandoci l'opportunità di superare le attuali sfide robotiche ed ingegneristiche".
Il professore di ottica applicata e fotonica, Pablo Ruiz, ha affermato: "Attualmente, nella chirurgia assistita da robot, il chirurgo può utilizzare diversi meccanismi per fornire al robot il feedback necessario. Tuttavia, se si potesse immaginare un robot dotato di questa visione 3D, ciò gli darebbe consapevolezza e comprensione di dove batte il cuore e guiderebbe la posizione del bisturi o dello strumento in base alla forma del cuore".
Il dott. Coggrave ha aggiunto che questo sviluppo potrebbe anche fornire un metodo più efficiente per lo smaltimento ed il riciclaggio delle batterie delle auto elettriche.
"Una delle sfide con le batterie delle auto elettriche è cosa ne facciamo alla fine del loro ciclo di vita, ad esempio, siamo in grado di riciclare i materiali e riportarli nella linea di produzione?" ha affermato. "Attualmente, il processo non è efficiente come potrebbe essere, poiché il robot non riesce ad adattarsi di conseguenza alla forma ed alla struttura mutevoli della batteria mentre viene smontata. I componenti non rigidi come cavi, molle, coperture ed isolamento possono deformarsi in modi imprevisti durante lo smontaggio e questa è una sfida significativa per le soluzioni automatizzate esistenti.
"Tuttavia, l'introduzione di questo nuovo sistema di visione 3D ad alta velocità consentirà al robot di reagire in tempo reale ai cambiamenti nell'assemblaggio fornendo alla macchina un feedback a ciclo chiuso."
ENGLISH
Researchers have developed a system that captures highly accurate, 3D video in real-time, an advance that could lead to significant changes across medical science and the automotive industry.
The Robot Eyes project within the Loughborough University’s Wolfson School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering has seen the creation of a bespoke micro-structured optical element that, when coupled with a high-speed projector and camera, allows robots to capture the 3D shape of moving objects one hundred times faster than current commercial systems.
The advance is said to allow structured light patterns to be projected onto objects at very high frame rates enabling billions of 3D coordinates to be captured per second. This 3D data is displayed in real-time using GPU accelerated software.
The development could see changes in the way robot-assisted surgeries are carried out, whilst also providing more efficient methods for automation of manufacturing and recycling processes.
In a statement, senior research associate in Optical Metrology, Dr Russ Coggrave, said: “Our systems are based on the principle of projecting structured light onto the object surface, with the surface profile distorting those patterns. The images we then capture from those distorted patterns allow us to decode and extract the 3D shape of the surface.
“The technique is well-established and widely used across industrial metrology. However, existing systems are relatively slow so only help when an object is static or slow-moving. The new technology that we’ve been working on allows us to increase the acquisition rate, capturing almost a hundred million coordinates per second – which is almost a hundred times faster than existing systems. That change in speed now allows us to measure fully moving objects, giving us the opportunity to overcome current robotic and engineering challenges.”
Professor of Applied Optics and Photonics, Pablo Ruiz, said: “Currently, in robotic assisted surgery, the surgeon can use different mechanisms to the give the robot the necessary feedback. However, if you could imagine a robot that has this 3D vision, that would give it an awareness and understanding of where the beating heart is and guide the position of the scalpel or tool to the shape of the heart.”
Dr Coggrave added the development could also provide a more efficient method in the disposal and recycling of electric car batteries.
“One of the challenges with electric car batteries is what we do with them at the end of their life – for instance, are we able to recycle the materials and bring them back into the production line?” he said. “Currently, the process is not as efficient as it could be as the robot fails to adapt accordingly to the changing shape and structure of the battery as it’s being disassembled. Non-rigid components such as cables, springs, covers and insulation can deform in unexpected ways during disassembly, and this is a significant challenge for existing automated solutions.
“However, introducing this new 3D, high speed vision system will allow the robot to react in real time to changes in the assembly by providing the machine with closed loop feedback.”
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/loughborough-team-develops-real-time-3d-vision-technology-for-robotics-and-surgery
Il progetto Robot Eyes, svoltosi presso la Wolfson School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering della Loughborough University, ha visto la creazione di un elemento ottico microstrutturato su misura che, abbinato ad un proiettore ed una telecamera ad alta velocità, consente ai robot di catturare la forma 3D di oggetti in movimento ad una velocità cento volte superiore rispetto agli attuali sistemi commerciali.
Si dice che il progresso consenta di proiettare modelli di luce strutturata sugli oggetti a frame rate molto elevati, consentendo di catturare miliardi di coordinate 3D al secondo. Questi dati 3D vengono visualizzati in tempo reale utilizzando software accelerato GPU.
Questo sviluppo potrebbe apportare dei cambiamenti nel modo in cui vengono eseguiti gli interventi chirurgici assistiti da robot, offrendo al contempo metodi più efficienti per l'automazione dei processi di produzione e riciclaggio.
In una dichiarazione, il ricercatore associato senior in metrologia ottica, il dott. Russ Coggrave, ha affermato: "I nostri sistemi si basano sul principio di proiezione di luce strutturata sulla superficie dell'oggetto, con il profilo della superficie che distorce tali mod. Le immagini che poi catturiamo da tali modelli distorti ci consentono di decodificare ed estrarre la forma 3D della superficie.
"La tecnica è consolidata ed ampiamente utilizzata nella metrologia industriale. Tuttavia, i sistemi esistenti sono relativamente lenti, quindi sono utili solo quando un oggetto è statico o si muove lentamente. La nuova tecnologia su cui abbiamo lavorato ci consente di aumentare la velocità di acquisizione, catturando quasi cento milioni di coordinate al secondo, ovvero quasi cento volte più velocemente dei sistemi esistenti. Questo cambiamento di velocità ci consente ora di misurare oggetti completamente in movimento, dandoci l'opportunità di superare le attuali sfide robotiche ed ingegneristiche".
Il professore di ottica applicata e fotonica, Pablo Ruiz, ha affermato: "Attualmente, nella chirurgia assistita da robot, il chirurgo può utilizzare diversi meccanismi per fornire al robot il feedback necessario. Tuttavia, se si potesse immaginare un robot dotato di questa visione 3D, ciò gli darebbe consapevolezza e comprensione di dove batte il cuore e guiderebbe la posizione del bisturi o dello strumento in base alla forma del cuore".
Il dott. Coggrave ha aggiunto che questo sviluppo potrebbe anche fornire un metodo più efficiente per lo smaltimento ed il riciclaggio delle batterie delle auto elettriche.
"Una delle sfide con le batterie delle auto elettriche è cosa ne facciamo alla fine del loro ciclo di vita, ad esempio, siamo in grado di riciclare i materiali e riportarli nella linea di produzione?" ha affermato. "Attualmente, il processo non è efficiente come potrebbe essere, poiché il robot non riesce ad adattarsi di conseguenza alla forma ed alla struttura mutevoli della batteria mentre viene smontata. I componenti non rigidi come cavi, molle, coperture ed isolamento possono deformarsi in modi imprevisti durante lo smontaggio e questa è una sfida significativa per le soluzioni automatizzate esistenti.
"Tuttavia, l'introduzione di questo nuovo sistema di visione 3D ad alta velocità consentirà al robot di reagire in tempo reale ai cambiamenti nell'assemblaggio fornendo alla macchina un feedback a ciclo chiuso."
ENGLISH
Researchers have developed a system that captures highly accurate, 3D video in real-time, an advance that could lead to significant changes across medical science and the automotive industry.
The Robot Eyes project within the Loughborough University’s Wolfson School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering has seen the creation of a bespoke micro-structured optical element that, when coupled with a high-speed projector and camera, allows robots to capture the 3D shape of moving objects one hundred times faster than current commercial systems.
The advance is said to allow structured light patterns to be projected onto objects at very high frame rates enabling billions of 3D coordinates to be captured per second. This 3D data is displayed in real-time using GPU accelerated software.
The development could see changes in the way robot-assisted surgeries are carried out, whilst also providing more efficient methods for automation of manufacturing and recycling processes.
In a statement, senior research associate in Optical Metrology, Dr Russ Coggrave, said: “Our systems are based on the principle of projecting structured light onto the object surface, with the surface profile distorting those patterns. The images we then capture from those distorted patterns allow us to decode and extract the 3D shape of the surface.
“The technique is well-established and widely used across industrial metrology. However, existing systems are relatively slow so only help when an object is static or slow-moving. The new technology that we’ve been working on allows us to increase the acquisition rate, capturing almost a hundred million coordinates per second – which is almost a hundred times faster than existing systems. That change in speed now allows us to measure fully moving objects, giving us the opportunity to overcome current robotic and engineering challenges.”
Professor of Applied Optics and Photonics, Pablo Ruiz, said: “Currently, in robotic assisted surgery, the surgeon can use different mechanisms to the give the robot the necessary feedback. However, if you could imagine a robot that has this 3D vision, that would give it an awareness and understanding of where the beating heart is and guide the position of the scalpel or tool to the shape of the heart.”
Dr Coggrave added the development could also provide a more efficient method in the disposal and recycling of electric car batteries.
“One of the challenges with electric car batteries is what we do with them at the end of their life – for instance, are we able to recycle the materials and bring them back into the production line?” he said. “Currently, the process is not as efficient as it could be as the robot fails to adapt accordingly to the changing shape and structure of the battery as it’s being disassembled. Non-rigid components such as cables, springs, covers and insulation can deform in unexpected ways during disassembly, and this is a significant challenge for existing automated solutions.
“However, introducing this new 3D, high speed vision system will allow the robot to react in real time to changes in the assembly by providing the machine with closed loop feedback.”
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/loughborough-team-develops-real-time-3d-vision-technology-for-robotics-and-surgery
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