Inductive sensors and shape reconstruction for intraluminal flexible and soft robots

Capteurs inductifs et reconstruction de forme pour les robots médicaux souples et flexibles

Sujit Kumar Sahu (1)

1 ICube - Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie

Soft and flexible robots are transforming medical interventions, thanks to their flexibility, miniaturization, and multidirectional movement abilities. However, existing shape reconstruction methods have not adequately addressed the challenges posed by these robots in unstructured and dynamic environments. In this thesis, a stretchable sensor based on the electrical inductive principle is proposed as a solution to this problem. The thesis presents a simple voltage measurement method for strain estimation, which optimizes the measuring equipment and simplifies the measurement conditions. The sensor's feasibility and accuracy are demonstrated in an experimental investigation that shows the sensor can detect large deformations with high precision and accuracy. The sensor is then integrated into a soft and flexible robot for closed-loop control, and the thesis focuses on reconstructing the robot's shape in minimally invasive surgery scenarios in both 2D and 3D workspaces. Finally, the thesis concludes with an overview of the inductive sensor's potential for shape reconstruction of soft and flexible robots and future work to address the limitations.

Les robots souples et flexibles transforment les interventions médicales, grâce à leur flexibilité, leur miniaturisation et leurs capacités de mouvement multidirectionnel. Cependant, les méthodes de reconstruction de forme existantes n'ont pas suffisamment pris en compte les défis posés par les robots souples et flexibles dans les environnements non structurés et dynamiques. Dans cette thèse, un capteur extensible basé sur le principe inductif électrique est proposé comme solution à ce problème. Le capteur peut détecter de grandes déformations avec une grande précision et une grande précision et est intégré dans un robot souple et flexible pour un contrôle en boucle fermée. La thèse se concentre sur la reconstruction de la forme du robot dans des scénarios de chirurgie mini-invasive dans les espaces de travail 2D et 3D. Enfin, la thèse conclut en présentant le potentiel du capteur inductif pour la reconstruction de la forme de robots souples et flexibles et les travaux futurs pour surmonter les limitations.

Mots clés: Flexible shape sensor; Inductive sensor; Sensing in Minimally Invasive Surgery; Shape reconstruction

Mots clés: Capteur de forme flexible; Capteur inductif; Détection en mode mini-invasif Chirurgie; Reconstruction de forme

Domaines: Robotique [cs.RO]

Sujit Kumar Sahu. Inductive sensors and shape reconstruction for intraluminal flexible and soft robots. Robotics [cs.RO]. Université de Strasbourg; Scuola superiore Sant'Anna di studi universitari e di perfezionamento (Pise, Italie), 2023. English. ⟨NNT : 2023STRAD003⟩. ⟨tel-04529546⟩