Agrégation externe SII - 2017 - Option SII et ingénierie mécanique - Épreuve de modélisation

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Support : Robots de chirurgie mini-invasive

Les systèmes médicaux de télé-opération sont introduits pour assister les chirurgiens en améliorant leur confort, la précision et la sécurité des opérations chirurgicales. Les instruments (pince, porte-aiguille, ciseaux, endoscope) sont portés par des robots conçus spécialement pour la chirurgie mini-invasive.

Ces robots doivent être capables de manipuler ces instruments (pince, porte-aiguille, ciseaux, endoscope) à l’intérieur du corps du patient en passant par des trocarts insérés dans les petites incisions. Le chirurgien commande ces robots en utilisant des interfaces dédiées. Ces interfaces peuvent aller du simple joystick à des systèmes mécaniquement plus complexes incluant un retour haptique (un retour d’effort). Le chirurgien suit l’opération sur un écran qui permet un retour visuel classique (2D) ou un retour visuel plus avancé en utilisant un écran stéréoscopique (3D).

Les systèmes de télé-opération sont composés d’une station de commande dite «système maître» et d’une station opératoire dite « système esclave». La liaison entre le «système maître» et le «système esclave» est assurée par des systèmes de communication allant du simple câble réseau au satellite.

Études proposées :

Les études proposées dans les différentes parties du sujet sont structurées autour de la validation des modèles permettant de justifier les technologies à exploiter pour la conception du nouveau prototype de robot de chirurgie mini-invasive développé par l'institut de recherche Pprime (CNRS, Université de Poitiers).

Ce nouveau prototype répond tout d'abord au besoin de baisse des coûts d'achat pour les centres hospitaliers et permet, de plus, au praticien de ressentir un retour d'effort (haptique) lors des opérations.

• La première partie du sujet est consacrée à l’étude d’une intervention chirurgicale miniinvasive non robotisée, elle constitue le modèle initial que le système robotisé doit être en mesure de reproduire. L’objectif de cette partie est de déterminer un modèle cinématique reproduisant les mobilités des instruments lors de l’intervention ainsi que les efforts et erreurs induits par un mauvais positionnement du trocart.
• La seconde partie du sujet se centrera sur la cinématique, le dimensionnement et la commande du robot esclave. L’objectif de la seconde partie est de valider les modèles d’architecture et de commande du robot afin que le chirurgien perçoive les mêmes sensations qu’une opération non robotisée.