Conclusioni e sviluppi futuri

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Capitolo 7

Conclusioni e sviluppi futuri

7.1 Conclusioni

L’obiettivo della presente tesi è stato l’identificazione di un sistema di locomozione che consenta a una capsula endoscopica ingeribile di muoversi efficacemente all’interno del TGI. Lo studio dei parametri ottimali di locomozione è stato condotto grazie allo sviluppo di un banco di prova e di un prototipo di capsula modulare dotato di sei micro- gambe uncinate. L’approccio guida per la scelta del sistema di locomozione è stato di tipo biomimetico: il sistema è stato progettato prendendo ad esempio gli insetti con i loro meccanismi di adesione, movimento, controllo e interazione con l’ambiente circostante. La scelta di questo tipo di approccio risulta giustificata dal fatto che:

• i micro-robot endoscopici sono dimensionalmente simili a piccoli organismi viventi quali gli insetti; ciò rende possibile l’estrapolazione di numerosi principi di progettazione da utilizzare per la loro realizzazione;

• gli organismi viventi hanno adottato soluzioni e strategie per la locomozione in ambienti non strutturati che possono essere implementate nei micro-robot endoscopici.

Il sistema di locomozione proposto in questo lavoro di tesi è stato quello su gambe per gli indubbi vantaggi che esso offre rispetto ad altri sistemi di locomozione in termini di adattabilità all’ambiente, controllo e manovrabilità.

Innanzitutto si è condotta un’ analisi biomeccanica e biotribologica del tessuto gastro- intestinale, che ha consentito di valutare le proprietà viscoelastiche del materiale e il coefficiente di attrito a contatto con le pareti intestinali. La conoscenza di queste proprietà ha guidato la progettazione delle micro-gambe da implementare nel dispositivo sperimentale.

Sono state sviluppati tre differenti tipi di gambe: una gamba completamente rigida, una

con inserto in poliuretano e una in materiale superelastico. Le prime due soluzioni sono

state utilizzate per svolgere i test preliminari su tessuto, mentre l’ultima è stata utilizzata

a bordo della capsula per i test in vitro.

121 La progettazione della gamba flessibile in superelastico è stata effettuata in modo da coniugare gli aspetti positivi delle prime due soluzioni, ossia il valore sufficientemente elevato della spinta, prodotta dalla gamba rigida, e la maggiore adattabilità alle diverse geometrie della parete gastrointestinale, presentata da quella flessibile.

La capsula è stata dotata di un sistema per la creazione dello spazio intraluminale costituito da quattro palloncini disposti alle due estremità della capsula e gonfiabili dall’esterno.

Test in vitro sono stati realizzati mediante un test-bench che permette di sostenere e orientare un tratto di tessuto cilindrico all’interno del quale il robot dovrà camminare.

La possibilità di regolare l’altezza delle due estremità di aggancio del tessuto permette di ottenere una diversa geometria del percorso da affrontare, in modo da valutare più accuratamente le prestazioni locomotorie. Al momento della discussione della tesi sono state svolte tre sessioni di prove, al fine di monitorare l’efficacia locomotoria del robot in rapporto ai gait scelti.

Le prove condotte hanno dimostrato che la locomozione del dispositivo è resa possibile grazie ai seguenti fattori:

• corretto dimensionamento delle zampe, che permette la migliore adattabilità possibile all’ambiente, riducendo al minimo la coppia resistente alla base della puleggia di aggancio tra zampa e corpo capsula;

• sistema per la creazione dello spazio intraluminale, che consente alla capsula di centrarsi rispetto alla sezione del tubo e facilita l’apertura delle gambe;

• tipo di gait di locomozione scelto (vogatore alternato, vedi figura 6.8).

7.2 Sviluppi futuri

L’attività da svolgere in futuro come proseguimento di questo lavoro di tesi riguarda i seguenti aspetti:

• ripetizione e approfondimento dei test sfruttando la modularità del test bench

e della capsula: variando l’altezza dell’estremità di aggancio del tessuto è

possibile variare la geometria del percorso e valutare quindi il

comportamento locomotorio della capsula in funzione della geometria

imposta. Agendo sulla disposizione longitudinale e angolare delle unità di

locomozione è inoltre possibile apprezzare l’influenza che questa variazione

ha sul gait di locomozione.

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• metodi di fitting per l’estrazione dei parametri di locomozione dai test precedenti;

•

realizzazione di zampe sensorizzate per la ricostruzione accurata del profilo di forza: attualmente è possibile conoscere solo la tensione agente sul filo, ma non la forza esercitata dalla gamba sul tessuto. Per ricavare quest’ultima grandezza è necessario conoscere la geometria assunta dalla gamba durante la fase di spinta, e ciò è reso possibile solamente mediante una sensorizzazione del ginocchio della gamba e della puleggia su cui è montata.

Il passo successivo è quindi quello di inserire uno strain-gauge in corrispondenza del giunto flessibile e acquisire il segnale derivante dal trimmer del servomotore per conoscere la rotazione esatta della puleggia Attualmente è in corso lo sviluppo di un prototipo di capsula, con sistema di attuazione a bordo, munita delle micro-gambe in superelastico sviluppate in questo lavoro di tesi.

L’attuazione è realizzata mediante fili di Shape Memory Alloy da 0,75 m controllati mediante una scheda elettronica.

In figura 7.1 è mostrata il sistema di attuazione studiato per la capsula, e in figura 7.2 la capsula completa delle sei unità di locomozione:

Fig. 7.1: Sistema di attuazione mediante fili in Shape Memory Alloy

Fig. 7.2: Concept e prototipo di capsula con sistema di attuazione a bordo

Micro-puleggia Fili in SMA

Grani di arresto

Concept Prototipo