Output Feedback for Multiple Magnetic Therapeutic Microrobots
La chirurgie minimalement invasive est un domaine de recherche particulièrement actif car elle permet un ciblage thérapeutique et du diagnostic in situ tout en limitant les effets secondaires et le temps de convalescence. L'actionnement à distance de systèmes robotiques miniaturisés permet même...
Salvato in:
| Autore principale: | |
|---|---|
| Altri autori: | , , , , |
| Natura: | Thèse numérique |
| Lingua: | Anglais |
| Pubblicazione: |
2022.
|
| Soggetti: | |
| Nota: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Antoine Ferreira, Alina Voda, Pierre Melchior, Matthieu Fruchard, Micky Rakotondrabe (Membre(s) du jury) ; Alina Voda, Pierre Melchior (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Retour de sortie pour un système de microrobots thérapeutiques magnétiques |
| Riassunto: | La chirurgie minimalement invasive est un domaine de recherche particulièrement actif car elle permet un ciblage thérapeutique et du diagnostic in situ tout en limitant les effets secondaires et le temps de convalescence. L'actionnement à distance de systèmes robotiques miniaturisés permet même d'envisager la navigation dans le système cardiovasculaire, et ainsi d'accéder aisément à des tissus internes. L'objectif de la thèse est i) de proposer un état de l'art quant au contrôle multi-agents dans le système vasculaire, ii) de définir une représentation d'état 1D et 2D de tels systèmes pour en analyser la contrôlabilité et l'observabilité, iii) de synthétiser des lois de commande pour ces microrobots en interaction, et iv) enfin de développer des observateurs pour reconstruire les états non mesurés du système et ainsi le commander par retour de sortie. Des microrobots magnétiques naviguant dans le sang sont principalement sujets à la force de traînée exercée par le flot sanguin, la force motrice magnétique, leur interaction magnétique et leur poids apparent: ils sont actionnés à distance par des champs magnétiques et sont localisés par imagerie médicale. Un tel système est non linéaire, affine en la commande et sous-actionné, et dépend de nombreux paramètres biophysiques tels la vitesse du sang ou la sensibilité à la traînée. L'objectif de commande est la stabilisation asymptotique du système d'erreur le long d'une trajectoire admissible en dépit des incertitudes paramétriques. Différents observateurs sont proposés selon l'information accessible à la mesure. La stabilité du retour de sortie résultant est alors démontrée et illustrée par des simulations. Minimally invasive surgery is a very active field of research as it allows for targeted therapies and in situ diagnostics while minimizing trauma, side effects, and recovery time. In particular, the use of miniaturized systems operated remotely can achieve navigation in the cardiovascular system, thus allowing to target and access to deep tissues and organs in the human body. The objective of this thesis is to i) propose a state of the art about the control of multiple microrobots navigating in blood vessels, ii) present the error state systems for control and observation purposes in both 1D and 2D and analyze their controllability and observability properties, iii) synthesize control law for several interacting microrobots, and iv) investigate state observers design to reconstruct the non-measurable states of the system and ensure some admissible reference tracking. Magnetic microrobots navigating in a blood vessel face the drag force, the magnetic motive force, the magnetic interaction forces, and apparent weight. Their actuation is ensured using magnetic fields or gradients, and their localization is ensured by a medical imager. The resulting microrobotic system is nonlinear affine control system with drift, and depends on several uncertain physiological parameters, in particular the blood velocity and drag parameter. The control objective is to lyapunov stabilize the error system full state to zero despite parametric uncertainties. We build observers depending on the available measurement. Output feedback ensuring the stabilization of the microrobots along a reference trajectory is then synthesized and then illustrated through simulations. |
|---|---|
| Descrizione del documento: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Antoine Ferreira, Alina Voda, Pierre Melchior, Matthieu Fruchard, Micky Rakotondrabe (Membre(s) du jury) ; Alina Voda, Pierre Melchior (Rapporteur(s)) |