ПНИПУ: Антропоморфный симулятор для обучения студентов-стоматологов (робот-тренажёр)

Основные статьи:

• Стоматология
• Роботы в медицине
• Роботы (робототехника)

2023: Анонс антропоморфного симулятора для обучения студентов-стоматологов

Пермские учёные создали антропоморфный симулятор для обучения студентов-стоматологов подготовка профессиональных медицинских кадров является очень важной задачей. От качества обучения врачей зависит не только состояние здоровья людей, но и продолжительность их жизни. Для того чтобы идти в ногу со временем, в учебный процесс студентов всё чаще внедряют современные технологии, например, симуляторы, компьютерные программы и другие инновации. Но чаще всего такие разработки требуют наличия вспомогательного оборудования, а также постоянного участия преподавателя. Кроме того, не все устройства могут воспроизвести реальные условия, что очень важно при подготовке врачей, в том числе и стоматологов. Данный фактор способен привести к ошибкам с настоящим пациентом, что может испортить его здоровье или эстетику лица. Учёные Пермского Политеха, совместно с коллегами из Пермского государственного медицинского университета имени академика Е.А. Вагнера и МГМСУ им. А. И. Евдокимова, в рамках межвузовского консорциума, разработали робот-тренажёр, который приблизит подготовку студентов-стоматологов к реальным условиям медицинской клиники, а также позволит оценить качество работы с помощью нейросети. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Об этом 17 мая 2023 года сообщили представители Пермского Политеха.

Антропоморфный симулятор

По словам учёных, создание тренажёра на базе антропоморфного робота, то есть похожего на человека, для проведения практических занятий студентов-стоматологов позволит автоматически оценивать навыки учеников без участия преподавателя. Кроме того, использование подобного андроида в качестве основы обеспечит обратную связь от «пациента» в виде движений и речи. Существующие симуляторы, используемые в стоматологии – «фантомы», представляющие собой обычные челюсти, дают лишь приблизительное представление о процессе лечения зуба у живого человека, поскольку студент получает обратную связь не от реальных факторов, таких как изменение в структуре зуба в лунке, а от специальных тестов, которые проводит преподаватель. В результате ученик получает лишь теоретическое представление о том, как должен проходить рабочий процесс, а реальные навыки приобретает уже во время работы с настоящими людьми.

Мы разработали стоматологический антропоморфный робот-тренажёр, который позволит объективно оценить навыки студента, используя несколько моделей зубов, включая «смарт-зубы» с набором датчиков. Помимо практических занятий, симулятор позволяет изучать теоретические аспекты дисциплин, способен проводить опросы по темам практических занятий и лекций, а также оценивать тестовые задания благодаря интерактивной составляющей. Основой устройства является система оптического распознавания, которая проверяет правильность работы студентов. рассказывает Андрей Кокоулин, доцент кафедры «Автоматики и телемеханики» ПНИПУ, кандидат технических наук

Антропоморфный симулятор

Для обучения студентов учёными был создан робот-симулятор, имитирующий пациента, способного вести диалог и выполнять движения. Робот оснащен сменной челюстью со сменными зубами нескольких видов, которая изготовлена из резиновых и пластмассовых материалов, по твердости соответствующих настоящей зубной эмали, что дает ученику основную информацию о структуре человеческих зубов. Робот подготовлен к четырем видам стоматологических работ: лечение кариеса, препарирование под коронку, лечение канала и удаление зуба. В зависимости от вида практического занятия можно использовать стандартные монолитные зубы, либо специальные, имеющие полости с цветным наполнителем или датчики. Эта система позволяет студентам видеть структуру настоящего зуба при препарировании. А специально обученная нейросеть оценивает глубину, ширину, ровность, однородность снятого материала и прочие признаки при сверлении. По словам учёных, данное решение позволит избавиться от постоянного контроля преподавателя и использования дополнительного оборудования, например, рентгена, а также оптимизировать объективность оценки работы студента.

Смарт-зубы состоят из проводящей подложки, проводящего геля, контактной площадки и разделены на две части. Все элементы образуют электрическую цепь, которая реагирует на контакт с инструментом и посылает сигнал на плату. Нижняя часть умных зубов имитирует их внутреннюю структуру. Верхняя секция представляет собой часть коронки зуба заданной формы. Вместе они обеспечивают полную имитацию работы с настоящим зубом. Поскольку инновация имеет обратную связь, нет необходимости в дополнительном оборудовании, которое учит студента ориентироваться, используя только свои знания. Также не требуется постоянное присутствие преподавателя, что позволяет большому количеству студентов-стоматологов заниматься одновременно. Кроме того, мы внедрили и обучили нейросеть, способную распознавать успешность выполненной работы. На первом этапе система определяет и отражает изображение зуба, а на втором шаге проводит анализ, используя модель, обученную на сотнях правильных и ошибочных случаев. поведал Александр Южаков, заведующий кафедрой «Автоматики и телемеханики» ПНИПУ, доктор технических наук

Также, по словам учёных, симулятор способен проводить опросы по темам практических занятий и лекций и оценивать тестовые задания. Таким образом, робот-тренажёр, созданный учёными Пермского Политеха, сможет приблизить обучение студентов близким к реальным.