수술 로봇 및 기타 자동화는 실시간 운영 체제의 이점을 누릴 수 있다고 BlackBerry QNX는 말합니다. 출처: 어도비 스톡
상상해 보십시오. 눈 깜박할 사이(약 100밀리초)에 뇌는 이미 시각적 정보를 처리하여 실시간으로 보는 내용에 반응할 수 있습니다. 그러나 수술 로봇의 세계에서는 눈 깜박임이 평생입니다. 단순히 빠르지도 충분하지도 않습니다.
섬세한 조직을 통해 메스를 탐색하고, 중요한 장기와 혈관을 피하고, 환자의 갑작스러운 움직임에 반응하는 데 필요한 정밀도를 고려하십시오. 100밀리초라도 지연되거나 계산 착오가 발생하면 삶과 죽음의 차이가 생길 수 있습니다.
이에 수술로봇은 시스템 탁월한 속도와 정밀도로 작동해야 하며 종종 작업을 수행하고 낮은 한 자릿수 밀리초 범위의 모든 이벤트에 응답해야 합니다.
하지만 이것을 더 자세히 분석해 보겠습니다. 출혈 혈관을 멈추거나 민감한 신경 근처를 절개하는 등의 중요한 시나리오에서는 매 마이크로초가 중요합니다. 외과 의사는 로봇 시스템을 사용하여 지체, 초조, 망설임 없이 손의 움직임을 즉각적으로 행동으로 변환하고 환자의 움직임이나 센서 중 하나의 고장과 같은 이벤트에 반응합니다.
시스템이 응답하는 데 너무 오랜 시간이 걸리거나 타이밍에 불일치(지터라고 함)가 있는 경우 결과가 보장되지 않거나 일관성이 없으며 그 자체로 재앙이 될 수 있습니다. 수술용 로봇을 제조하려면 엄격한 타이밍 요구 사항이 있습니다. 이를 충족하지 못하면 의도하지 않은 손상이 발생하거나 시술 기간이 길어지거나 합병증의 위험이 높아질 수 있습니다.
햅틱, 시각 시스템은 실시간 통합을 지원합니다.
현대 수술 로봇 시스템은 고급 시각화 도구와 햅틱 외과 의사에게 포괄적인 감각 경험을 제공하기 위한 피드백입니다. 입체적인 UHD(초고화질)의 통합 비전 시스템과 햅틱 피드백 메커니즘을 통해 외과의사는 마치 환자의 조직과 직접 상호작용하는 것처럼 수술 환경을 보고 느낄 수 있습니다.
이들의 신뢰성 감각 로봇수술에는 시스템이 중요하다. 시스템 과부하, 소프트웨어나 하드웨어 문제, 리소스 경합으로 인해 프로세스가 중단되거나, 지연되거나, 지터가 발생하면 심각한 문제가 발생하거나 시스템 자체에 대한 신뢰가 부족해질 수 있습니다. 예를 들어:
시각적 지연: 지연된 카메라 피드는 외과의사가 정확한 움직임을 탐색하고 수행하기 위해 제공되는 실시간 시각적 정보를 방해할 수 있습니다.
“눈 깜짝할 사이”의 지연도 수술 현장을 정확하게 인식하는 외과의사의 능력을 손상시킬 수 있습니다. 이러한 시각적 지연으로 인해 외과의사가 잘못된 동작을 하거나 조직 사이의 공간적 관계를 잘못 판단하여 잠재적으로 우발적인 손상이나 시술 오류로 이어질 수 있습니다.
햅틱 대기 시간: 마찬가지로 촉각 반응의 대기 시간은 외과 의사의 촉각을 방해하여 조직과 기구의 질감, 저항 및 장력을 실시간으로 느끼지 못하게 할 수 있습니다. 햅틱 피드백이 지연되면 외과의사가 늦게 촉각 정보를 수신하게 되어 너무 많거나 너무 적은 힘을 가하게 되어 잠재적인 조직 손상이나 기구의 부적절한 조작을 초래할 수 있습니다.
이러한 시스템의 조합은 외과 의사가 시각 및 촉각 소스로부터 즉각적이고 정확한 피드백을 받을 수 있도록 실시간으로 원활하게 작동해야 합니다. 이러한 수준의 정밀도와 정확성은 소프트웨어와 하드웨어가 완벽하게 동기화되어 모든 프로세스에서 짧은 대기 시간과 최소한의 지터가 보장되는 경우에만 가능합니다.
OS와 하드웨어는 공생 관계에 있습니다
수술용 로봇 공학에 필요한 수준의 정밀도와 속도를 달성하려면 강력한 하드웨어나 고급 운영 체제(OS) 또는 잠재적으로 이를 사용하는 복잡한 애플리케이션에 관한 것이 아닙니다. 인공지능. 또한 이러한 모든 요소가 얼마나 잘 통합되고 반응하는지, 그리고 어떻게 함께 작동하는지에 관한 것입니다.
사이의 관계 소프트웨어 하드웨어는 숙련된 외과 의사와 장비 간의 시너지 효과와 유사합니다. 가장 진보된 도구라도 그것을 안내하는 손의 힘만큼만 효과적입니다. 마찬가지로 고성능 하드웨어 고급 CPU 및 GPU 기능을 갖춘 경우 잠재력을 극대화하려면 똑같이 정교한 운영 체제가 필요합니다.
수술 로봇 공학에서는 입체 UHD 비전 시스템 및 촉각 피드백과 같은 혁신을 통해 실시간으로 처리해야 하는 엄청난 양의 데이터가 생성됩니다. GPU는 고화질 비디오 피드를 처리하는 힘든 작업을 처리하여 외과 의사에게 수술 현장에 대한 몰입적이고 상세한 보기를 제공합니다.
한편, CPU는 유입되는 데이터를 관리하고, 다양한 프로세스를 조정하며, 시스템 구성 요소 간의 원활한 통신을 보장하는 역할을 담당합니다.
그러나 CPU와 GPU 간의 이러한 복잡한 작업이 성공하려면 OS는 이러한 리소스를 효과적으로 관리하여 위에서 실행되는 복잡한 수술 애플리케이션이 기본 하드웨어를 효과적이고 안정적이며 결정론적으로 활용할 수 있도록 해야 합니다. OS는 CPU와 GPU가 조화롭게 작동하여 데이터를 효율적이고 실시간으로 처리하도록 보장해야 합니다.
이러한 구성 요소를 동기화하는 강력한 실시간 OS가 없으면 시스템이 불안정해 현대 수술의 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다.
운영 체제에서 낮은 대기 시간과 낮은 지터의 중요성
여기서 RTOS(실시간 운영체제)의 중요성이 드러납니다. 예를 들어, BlackBerry QNX OS 8.0과 같은 RTOS는 다양한 작업을 가능한 한 빨리 병렬로 관리하는 것뿐만 아니라 모든 작업이 최고의 정밀도, 정확성 및 속도로 실행되도록 보장하는 것이기도 합니다.
RTOS는 하드웨어 및 사용자 애플리케이션과 조화롭게 작동하도록 세밀하게 조정되어야 하며 시스템이 대기 시간과 지터를 최소화하면서 우선 순위가 높은 여러 작업을 동시에 처리할 수 있도록 해야 합니다.
대기 시간과 지터를 최소화함으로써 RTOS는 복잡한 수술 애플리케이션이 중요한 정보를 처리하고 실시간 결정을 내리는 데 더 많은 시간을 효과적으로 확보합니다.
RTOS로 인해 발생하는 예기치 않은 지연이나 문제는 계단식 효과를 가져 전체 시스템에 걸쳐 전체 지연을 증폭시킵니다. 이러한 영향은 전반적인 시스템 성능을 저하시켜 잠재적으로 수술 시스템에 대한 신뢰 부족은 물론 수술 환경에서 생명을 위협하는 상황으로 이어질 수 있습니다.
따라서 낮은 대기 시간과 지터를 유지하는 것은 단지 성능에 관한 것이 아닙니다. 이는 시스템이 타협 없이 일관되게 생명을 구하는 기능을 수행하도록 보장하는 것입니다.
실시간 운영 체제: 수술 로봇공학의 핵심
수술용 로봇공학에서 하드웨어와 소프트웨어의 결합은 단순히 중요한 것이 아닙니다. 그것은 매우 중요합니다. 이러한 시너지 효과는 시스템이 작업을 최대한 효율적으로 관리할 수 있도록 하여 성능 저하 없이 소프트웨어 응용 프로그램을 실행할 수 있는 공간을 남겨줍니다.
이러한 시스템에서는 인터럽트 처리가 가장 중요합니다. 이는 센서 오류 등 프로세스나 이벤트에 긴급한 주의가 필요할 때 신호를 보내며 이상적으로는 마이크로초 단위로 최대한 빠르게 처리하는 것이 필요합니다.
이것이 바로 이러한 목적을 위해 특별히 설계된 RTOS가 필수적인 이유이며 최소한의 지터로 중요한 작업과 인터럽트를 처리할 수 있는 능력입니다. 이는 수술용 소프트웨어가 그러한 인터럽트에 응답하고 어떤 경우에는 “안전한” 상태에 들어갈 시간을 벌어줍니다.
실시간 성능은 로봇 공학의 미래입니다
수술 환경에서 고성능 RTOS의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 이러한 시스템이 외과의사와 환자 모두가 의존하는 정밀도와 신뢰성으로 작동할 수 있게 해주는 것이 바로 백본입니다.
그러나 이러한 견고한 실시간 성능에 대한 요구는 수술용 로봇에만 국한되지 않습니다. 최신 RTOS의 고급 기능을 고려할 때 다음과 같은 의문이 들 수 있습니다. 공장 현장에서 정밀하고 내결함성 작업이 필요한 산업용 로봇부터 찰나의 타이밍으로 복잡한 환경을 탐색해야 하는 드론에 이르기까지 고급 RTOS가 모든 곳에 배포되지 않는 이유는 무엇입니까?
로봇 공학 분야가 다양한 산업 분야에서 계속 발전함에 따라 첨단 RTOS의 채택은 가능한 것의 경계를 넓혀 수술 절차의 성공뿐만 아니라 제조, 물류, 의료 분야에서 로봇 공학의 신뢰성과 안전성을 보장하는 열쇠가 될 것입니다. 방어, 그 이상.
저자 소개
저자 소개윈스턴 렁 BlackBerry QNX의 수석 관리자입니다.
1980년에 설립된 QNX는 중요한 임베디드 시스템을 위한 상용 운영 체제, 하이퍼바이저, 개발 도구, 지원 및 서비스를 제공합니다. 인수자 블랙베리 2010년 캐나다 오타와에 본사를 둔 이 사업부는 항공우주 및 방위, 자동차, 중장비, 산업 제어, 의료 및 기타 산업 분야에 서비스를 제공하고 있습니다. 로봇공학.
편집자 주: 이 글은 허가를 받아 게시되었습니다.
게시물 수술 로봇 분야에서는 시간을 벌어 생명을 구할 수 있다고 BlackBerry QNX는 설명합니다. 처음 등장한 로봇 보고서.
