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Imaginez ceci : en un clin d’œil – environ 100 millisecondes – votre cerveau a déjà traité des informations visuelles, vous permettant de réagir à ce que vous voyez en temps réel. Cependant, dans le monde de la robotique chirurgicale, le clignement des yeux est une éternité. Ce n’est tout simplement pas assez rapide ou assez bon.
Considérez la précision requise pour naviguer un scalpel à travers des tissus délicats, éviter les organes vitaux et les vaisseaux sanguins, et répondre à tout mouvement soudain du patient. Un retard ou une erreur, même de 100 millisecondes, pourrait faire la différence entre la vie et la mort.
C’est pourquoi les systèmes robotiques chirurgicaux doivent fonctionner avec une vitesse et une précision extraordinaires, souvent besoin d’effectuer des actions et de répondre à tout événement dans la plage des quelques millisecondes.
Dans les scénarios critiques, comme l’arrêt d’un vaisseau sanguin qui saigne ou la réalisation d’une incision près d’un nerf sensible, chaque microseconde compte. Un chirurgien compte sur le système robotique pour traduire instantanément ses mouvements de main en action, sans délai, sans tremblement, sans hésitation, et réagir à des événements tels que le mouvement du patient ou la défaillance de l’un des capteurs.
Si le système met trop de temps à répondre ou s’il y a une quelconque incohérence dans le timing – connue sous le nom de jitter – le résultat n’est pas garanti ou est incohérent et cela, en soi, pourrait être catastrophique. Il existe des exigences strictes en matière de timing pour la fabrication de la robotique chirurgicale. Ne pas les respecter pourrait causer des dommages non intentionnels, prolonger les procédures ou augmenter le risque de complications.
Les systèmes de robotique chirurgicale modernes s’efforcent de combiner des outils de visualisation avancés avec des retours haptiques pour fournir une expérience sensorielle complète pour le chirurgien. L’intégration de systèmes de vision stéréoscopique UHD (ultra haute définition) et de mécanismes de retour haptique permet aux chirurgiens de voir et de ressentir l’environnement chirurgical comme s’ils interagissaient directement avec les tissus du patient.
La fiabilité de ces systèmes sensoriels est cruciale pour la chirurgie robotique. Si un processus venait à être bloqué, retardé ou à subir du jitter – que ce soit en raison d’une surcharge du système, de problèmes logiciels ou matériels, ou de conflits de ressources – cela entraînerait des problèmes importants ou un manque de confiance dans le système lui-même.
Les retards visuels : un délai dans la transmission des images de la caméra pourrait entraver les informations visuelles en temps réel fournies au chirurgien pour naviguer et effectuer des mouvements précis.
Même un léger retard pourrait entraver la capacité du chirurgien à percevoir précisément le champ chirurgical. Ce retard visuel peut amener le chirurgien à effectuer un mouvement incorrect ou à mal évaluer les relations spatiales entre les tissus, entraînant potentiellement des dommages accidentels ou des erreurs dans la procédure.
La latence haptique : de même, une latence dans la réponse tactile pourrait perturber le sens du toucher du chirurgien, l’empêchant de ressentir la texture, la résistance et la tension des tissus et des instruments en temps réel. Tout retard dans le retour haptique pourrait amener le chirurgien à recevoir des informations tactiles tardives, l’amenant à appliquer trop de force ou pas assez, ce qui pourrait entraîner des dommages potentiels aux tissus ou une manipulation incorrecte des instruments.
La combinaison de ces systèmes doit fonctionner de manière transparente en temps réel pour garantir que le chirurgien reçoive des retours immédiats et précis à la fois des sources visuelles et tactiles. Ce niveau de précision et d’exactitude n’est possible que lorsque le logiciel et le matériel sont parfaitement synchronisés, garantissant une faible latence et un jitter minimal sur l’ensemble des processus.
Pour atteindre le niveau de précision et de rapidité requis en robotique chirurgicale, il ne s’agit pas seulement de disposer d’un matériel puissant ou d’un système d’exploitation avancé, ou d’applications complexes potentiellement utilisant l’intelligence artificielle. Il s’agit également de la qualité de l’intégration et de la réactivité de tous ces éléments, et de leur collaboration.
La relation entre le logiciel et le matériel est semblable à la synergie entre un chirurgien expérimenté et ses instruments. Même l’outil le plus avancé n’est efficace que si la main qui le guide l’est. De la même manière, un matériel performant avec des fonctionnalités avancées de CPU et de GPU nécessite un système d’exploitation tout aussi sophistiqué pour maximiser leur potentiel.
Dans la robotique chirurgicale, des innovations telles que les systèmes de vision stéréoscopique UHD et le retour haptique génèrent d’énormes quantités de données qui doivent être traitées en temps réel. Le GPU gère le gros du travail de traitement du flux vidéo haute définition, fournissant au chirurgien une vue immersive et détaillée du champ chirurgical.
Pendant ce temps, le CPU est chargé de gérer l’afflux de données, de coordonner divers processus et de garantir une communication fluide entre les composants du système.
Cependant, pour que cette danse complexe entre le CPU et le GPU réussisse, le système d’exploitation doit gérer efficacement ces ressources afin que les applications chirurgicales complexes en cours d’exécution puissent utiliser efficacement, de manière fiable et de manière déterministe le matériel sous-jacent. L’OS doit garantir que le CPU et le GPU fonctionnent en harmonie, traitant les données de manière efficace et en temps réel.
Sans un OS robuste et en temps réel pour synchroniser ces composants, le système pourrait faiblir, incapable de répondre aux exigences de la chirurgie moderne.
C’est là que l’importance d’un système d’exploitation en temps réel (RTOS) entre en jeu. Par exemple, un RTOS comme BlackBerry QNX OS 8.0 ne se contente pas de gérer différentes tâches en parallèle aussi rapidement que possible – il s’agit également de garantir que chaque tâche est exécutée avec la plus grande précision, exactitude et rapidité.
Le RTOS doit être finement réglé pour fonctionner en harmonie avec le matériel et les applications utilisateur, garantissant que le système peut gérer simultanément plusieurs tâches de haute priorité, avec une latence et un jitter minimaux.
En minimisant la latence et le jitter, le RTOS achète efficacement plus de temps aux applications chirurgicales complexes pour traiter des informations critiques et prendre des décisions en temps réel.
Les retards ou les problèmes inattendus introduits par le RTOS auront un effet en cascade, amplifiant le retard total sur l’ensemble du système. L’impact de cette situation peut dégrader les performances globales du système, entraînant potentiellement des situations mettant la vie en danger dans un environnement chirurgical, sans parler d’un manque de confiance dans le système chirurgical.
Ainsi, maintenir une faible latence et un faible jitter ne concerne pas seulement les performances ; il s’agit de veiller à ce que le système exécute ses fonctions de sauvetage de manière constante sans compromis.
Les systèmes d’exploitation en temps réel : le cœur de la robotique chirurgicale
Dans la robotique chirurgicale, le couplage du matériel et du logiciel n’est pas seulement important ; il est crucial. Cette synergie garantit que le système peut gérer les tâches aussi efficacement que possible, laissant de la place pour que les applications logicielles s’exécutent sans compromettre les performances.
Dans de tels systèmes, la gestion des interruptions est d’une importance capitale. Cela signale quand un processus ou un événement nécessite une attention urgente, comme une défaillance du capteur, et le traiter le plus rapidement possible, idéalement en microsecondes, est une nécessité.
C’est pourquoi un RTOS conçu spécifiquement à cette fin est essentiel, capable de gérer de telles tâches critiques et interruptions avec un minimum de jitter. Cela donne du temps au logiciel chirurgical pour répondre à de telles interruptions et, dans certains cas, entrer dans un état « sûr en cas d’échec ».
La performance en temps réel est l’avenir de la robotique
L’importance d’un RTOS performant dans l’environnement chirurgical ne peut être surestimée. C’est le pilier qui permet à ces systèmes de fonctionner avec la précision et la fiabilité sur lesquelles les chirurgiens et les patients comptent.
Mais le besoin de performances en temps réel robustes n’est pas limité aux robots chirurgicaux. Étant donné les capacités avancées des RTOS modernes, on peut se demander : pourquoi les RTOS avancés ne sont-ils pas déployés partout, des robots industriels nécessitant un fonctionnement précis et tolérant aux pannes sur le site de production aux drones devant naviguer dans des environnements complexes avec une minuterie à la fraction de seconde près ?
Alors que le domaine de la robotique continue d’évoluer dans diverses industries, l’adoption de RTOS avancés sera la clé pour repousser les limites de ce qui est possible, garantissant non seulement le succès des interventions chirurgicales, mais aussi la fiabilité et la sécurité de la robotique dans la fabrication, la logistique, la défense, et au-delà.
À propos de l’auteur
Winston Leung est un directeur principal chez BlackBerry QNX.
Fondée en 1980, QNX fournit des systèmes d’exploitation commerciaux, des hyperviseurs, des outils de développement, et du support et des services pour les systèmes embarqués critiques. Acquise par BlackBerry en 2010, l’unité basée à Ottawa, au Canada, dessert des industries telles que l’aérospatiale et la défense, l’automobile, les machines lourdes, les commandes industrielles, le médical, et la robotique.
Note de l’éditeur : Cet article est publié avec permission.
