La saison des soutenances de PFEs a commencé à l'Université Polytechnique d'État du Sud de la Russie. Ainsi, au département de Mécatronique et Automatique hydropneumatique, le 13 juin 2025, les premières soutenances d’étudiants en licence mécatronique et robotique ont eu lieu, y compris six PFEs consacrés à la robotique médicale qui ont été présentés au jury d'examen d'État.
Ce jour-là, l'invité de l'UPESR était le docteur Pierre MONOD, chirurgien urologue, onco-urologue, chef du Département d'urologie de l'hôpital Ilynskaya, avec qui les étudiants du Département interagissent depuis décembre 2023.
Vladimir MARIMONOV a présenté le projet « Système mécatronique de distribution d'instruments chirurgicaux ». L’armoire à deux sections avec encombrements 600 × 600 × 1600 mm, actuellement utilisée à l'hôpital Ilynskaya, a été considérée comme prototype du système. Pour chaque section, les mécanismes de déplacement vertical (vis-écrou) et horizontal (transmission par courroie) des instruments ont été développés, les commandes et capteurs nécessaires ont été choisis et le système de contrôle par microprocesseur, assurant l'intégration des capteurs (jauges de contrainte, capteurs de position infrarouges, interrupteurs d'urgence) et la commande vocale, a été développé. L’algorithme pour le fonctionnement du système proposé inclut des sous-routines pour les commandes et le traitement des commandes vocales. Dans la partie de recherche, le fonctionnement du système a été simulé. Le temps de cycle complet de distribution d’instrument est de trois secondes. Le système innovant de distribution d'instruments chirurgicaux permet de réduire considérablement le temps de préparation aux interventions, de minimiser les facteurs humains et d'améliorer l'efficacité des équipes chirurgicales.
Dans son projet « Système mécatronique de transfert de patients » Artiom GRETCHINE a développé la conception unique du robot de transfert pour des patients, dont le poids maximum ne dépasse pas 200 kg, avec une fonctionnalité de changer une position (de celle couchée à celle assise et vice versa). Le dispositif de transfert mécatronique de patients est basé sur un élévateur de type grue à partie mobile permettant de déplacer facilement un patient. La conception comprend les mécanismes de levage (vis-écrou/motoréducteur), de descente (vis-écrou/motoréducteur) et de déplacement (roues de traction et pivotantes). Les commandes et les capteurs nécessaires ont été choisis, le système de contrôle par microprocesseur pour le dispositif de transfert a été développé et l’algorithme pour le fonctionnement du système a été proposé, y compris des sous-routines pour les commandes et une sous-routine de sécurité. Le fonctionnement du dispositif de transfert pour déplacer un patient d'une position couchée à une position assise a été simulé dans l'environnement Python avec la bibliothèque Numpy.
Le projet de Kirill KHAOUSTOV est « Système mécatronique de positionnement de l'appareil d'assistance respiratoire ». La conception de robot manipulateur a été développée pour assurer le positionnement de l’appareil d'assistance respiratoire par reconnaissance faciale, assurant un déplacement et une rétention automatisés au point final d’effecteur. Le robot manipulateur dispose de quatre degrés de liberté avec des membres pivotants, ainsi que d'une caméra, dont les valeurs ont été utilisées pour résoudre des problèmes de cinématique directe et inverse avec une zone de travail de 0.55 m. Les commandes du système et les capteurs nécessaires ont été choisis, le système de contrôle par microprocesseur et l’algorithme de fonctionnement ont été développés. On a élaboré le modèle mathématique pour commander le robot manipulateur à quatre degrés de liberté, y compris le modèle pour résoudre un problème de cinématique directe et un problème de cinématique inverse, qui permet de simuler les mouvements du robot vers une coordonnée donnée avec une précision de positionnement de 99 %.
Polina MORDIK et Viatcheslav KOSSEEV ont présenté les projets « Module de prothèse biomécanique du membre supérieur » et « Module de prothèse biomécanique du membre inférieur ». Ils ont utilisé le principe d’électromyographie (EMG) qui est une méthode de contrôle des prothèses basée sur l'utilisation de signaux myoélectriques générés par les fibres musculaires actives lors de la contraction musculaire. Pour enregistrer ces signaux, deux électrodes sont installées sur le moignon du membre du patient. Une faible tension microvoltage prélevée sur les électrodes est amplifiée et transmise à l'unité de contrôle de la prothèse, où le signal est analysé par un microcontrôleur et converti en commandes pour les actionneurs de la prothèse. Chaque étudiant a considéré en détail le sujet des prothèses, développé un schéma cinématique du membre, choisi les commandes et les capteurs nécessaires et simulé des flexions du membre au niveau du coude ou du genou.
Dans le projet « Module mécatronique de réalité virtuelle dans un système de commande à distance de robot » Andreï TARABAEV a examiné un système biotechnique à commande maître-esclave utilisant un dispositif maître cinématiquement similaire à celui esclave. La méthode d'interaction avec l'opérateur : le système à double effet (les répétitions des forces avec l'effet de présence ou la réalité virtuelle). Le type de commande : le système symétrique (commande électrique à rétroaction de position sur les dispositifs maître et esclave). La conception de poignée proposée comprend la poignée à commander par l’opérateur, le cadre pivotant, les membres pivotants, les capteurs de position (codeurs) et les chargeurs de couple (accouplements de freinage). La base du système de contrôle avec virtualisation par perception est un système d'action bidirectionnel avec répétition de charge passive. Le signal de commande est généré en comparant les lectures des codeurs sur la poignée et sur les membres du manipulateur. Le signal reçu passe par les contrôleurs et les pilotes aux moteurs sans balais. Le couple sur les arbres est enregistré et lorsqu'un couple de résistance apparaît, il est transmis via le contrôleur à l’accouplement de frein, qui transmet à l'opérateur un couple de freinage proportionnel à un couple de résistance. Ce système peut être utilisé comme un système de perception de robot chirurgical Da Vinci, qui est largement utilisé à l'hôpital Ilynskaya.
Les étudiants ont donné des réponses compétentes et détaillées à toutes les questions du jury d’examen d'État et de l'invité, confirmant leur haut niveau de qualification, et ont reçu les notes excellentes.
Pierre MONOD accordait une attention particulière aux développements de polytechniciens : il posait à chacun d'eux de nombreuses questions et suggérait des pistes pour développer davantage leurs recherches.
À la fin de la soutenance, il y a eu une discussion sur les résultats du travail et l'élaboration d'un plan pour la poursuite des études en master. Les résultats de projets seront considérés à un certain nombre de séminaires en ligne. Un nouveau stage pour les polytechniciens de Novotcherkassk à l'hôpital Ilynskaya est également prévu.
