Un team di ricerca della Johns Hopkins University ha sviluppato un robot chirurgico capace di eseguire operazioni dopo un addestramento basato su video di interventi effettuati da chirurghi esperti. Questa innovazione rappresenta un importante passo avanti nel campo della robotica medica.

Il robot, evidenza la ricerca, utilizza l’apprendimento imitativo per acquisire competenze specifiche, come la manipolazione di aghi e la sutura, superando la necessità di programmazione manuale per ogni singolo movimento.

Apprendimento come ChatGPT

Il modello combinava l’apprendimento per imitazione con la stessa architettura di apprendimento automatico alla base di ChatGPT. Tuttavia, mentre ChatGPT lavora con parole e testo, questo modello “parla robot” usando la cinematica, un linguaggio che scompone gli angoli del movimento robotico in dati matematici.

I ricercatori hanno alimentato il loro modello con centinaia di video registrati da telecamere posizionate sui bracci dei robot da Vinci durante interventi chirurgici. Questi video, registrati da chirurghi di tutto il mondo, vengono usati per analisi post-operatorie e poi archiviati. Quasi 7.000 robot da Vinci sono utilizzati a livello globale, e più di 50mila chirurghi sono formati per usare il sistema, creando un vasto archivio di dati che i robot possono “imitare”.

Sebbene il sistema da Vinci sia ampiamente utilizzato, i ricercatori affermano che è notoriamente impreciso. Ma il team ha trovato un modo per sfruttare l’input imperfetto. La chiave è stata addestrare il modello a eseguire movimenti relativi anziché azioni assolute, che risultano inaccurati.

“Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è un input visivo e poi questo sistema di IA trova l’azione corretta,” ha dichiarato l’autore principale Ji Woong “Brian” Kim, un ricercatore post-dottorato alla Johns Hopkins. “Abbiamo scoperto che anche con poche centinaia di dimostrazioni, il modello è in grado di apprendere la procedura e generalizzare in nuovi ambienti che non ha mai incontrato.”

Krieger ha aggiunto: “Il modello è così bravo ad apprendere cose che non gli abbiamo insegnato. Ad esempio, se lascia cadere l’ago, lo raccoglie automaticamente e continua. Non è qualcosa che gli ho insegnato a fare.”

Secondo i ricercatori, il modello potrebbe essere utilizzato per addestrare rapidamente un robot a eseguire qualsiasi tipo di intervento chirurgico. Il team sta ora usando l’apprendimento per imitazione per addestrare un robot a svolgere non solo piccoli compiti chirurgici, ma un intervento completo.

Prima di questo progresso, programmare un robot per eseguire anche solo un aspetto semplice di un’operazione richiedeva la codifica manuale di ogni singolo passaggio. Krieger ha spiegato che qualcuno potrebbe impiegare un decennio per modellare la sutura, e questo solo per un tipo di intervento chirurgico.

“È molto limitante,” ha affermato Krieger. “La novità qui è che dobbiamo solo raccogliere dati di apprendimento per imitazione su diverse procedure e possiamo addestrare un robot a impararle in pochi giorni. Ci consente di accelerare verso l’obiettivo dell’autonomia, riducendo gli errori medici e ottenendo interventi chirurgici più accurati.”

L’apprendimento imitativo

L’apprendimento imitativo consente al robot di adattarsi rapidamente, migliorando l’autonomia e la capacità di eseguire procedure in contesti non ancora incontrati. Inoltre, il modello è in grado di gestire situazioni impreviste, come raccogliere un ago caduto, senza essere stato programmato per farlo esplicitamente.

La ricerca, presentata alla Conference on Robot Learning di Monaco, apre una ‘nuova frontiera’ nella chirurgia robotica, con l’obiettivo di ridurre gli errori medici e migliorare la precisione operativa.

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