Использование симуляции для создания роботизированных систем в больничной автоматизации

01Введение в проблему автоматизации здравоохранения

Современная медицинская система сталкивается с серьезными вызовами: прогнозируется, что к 2030 году глобальная нехватка врачей составит около 10 миллионов человек. Ежегодно проводятся миллиарды диагностических обследований, значительная часть которых остается неудовлетворенной, и сотни миллионов процедур, доступ к которым ограничен. Кроме того, неэффективность операционных залов измеряется в десятках долларов за минуту.

Будущие больницы должны стать автоматизированными. **Робототехника** позволит расширить возможности клиницистов, увеличить пропускную способность процедур, снизить вариативность и обеспечить доступ к высококачественной медицинской помощи.

02Использование симуляции для разработки роботизированных систем

Проблема нехватки данных и ограничения реального мира

Основное препятствие на пути к автоматизации — это данные. Больницы представляют собой сложные, нестабильные и критически значимые среды, где каждый объект имеет свои уникальные особенности. Сбор реальных данных из множества больниц для настройки роботов экономически и операционно нецелесообразен. Даже если бы это было возможно, моделирование всех возможных сценариев в реальных условиях небезопасно и непрактично.

Решение: симуляция и синтетическое создание данных

Симуляция, цифровые двойники и создание синтетических данных становятся неотъемлемыми инструментами. Виртуальные больничные среды позволяют роботам изучать тысячи навигационных паттернов, вариаций рабочих процессов и сценариев взаимодействия с людьми безопасно и в больших масштабах.

03Проект Rheo: новая парадигма в обучении систем ИИ

Проект Rheo предлагает подход, где разработчики могут обучать больницы в симуляции до внедрения автоматизации. Это позволяет создавать умные больничные цифровые двойники и тренировать физические ИИ-системы.

Основные компоненты проекта Rheo

• Физические агенты: политики манипуляции и локомоции, управляемые моделями NVIDIA Isaac.
• Цифровые агенты: мониторинг и помощь, поддерживаемые моделями, основанными на зрительных языках.
• Цифровой двойник и SimReady-активы: симуляция операционной, построенная с использованием NVIDIA Isaac Sim.

04Практическая реализация: создание цифровой больницы

Шаг 1: Создание цифровой больницы

Один из ключевых аспектов проекта Rheo — это быстрая композиция новых сред и задач с использованием модели Isaac Lab-Arena. Это позволяет разработчикам быстро определять клинические сценарии, комбинируя существующие активы, роботизированные воплощения и определения задач.

from isaaclab_arena.environments.isaaclab_arena_environment import IsaacLabArenaEnvironment
from isaaclab_arena.scene.scene import Scene
from sim.tasks.g1_tray_pick_and_place_task import G1TrayPickPlaceTask

# 1. Определите компоненты сцены (USD активы)
background = asset_registry.get_asset_by_name("pre_op")()
pick_up_object = asset_registry.get_asset_by_name("surgical_tray")()
destination_cart = asset_registry.get_asset_by_name("cart")()

# 2. Определите воплощение робота
embodiment = asset_registry.get_asset_by_name("g1_wbc_joint")(enable_cameras=True)

# 3. Создайте Сцену
scene = Scene(assets=[background, pick_up_object, destination_cart])

# 4. Создайте Среду, комбинируя Воплощение, Сцену и Задачу
env = IsaacLabArenaEnvironment(
    name="g1_locomanip_tray_pick_and_place",
    embodiment=embodiment,
    scene=scene,
    task=G1TrayPickPlaceTask(pick_up_object, destination_cart, background, episode_length_s=30.0),
    teleop_device=None,
)

Шаг 2: Запись опыта и создание синтетических данных

Проект Rheo позволяет записывать демонстрации в симуляции и создавать синтетические данные, что ускоряет обучение роботов и снижает риски при внедрении в реальную среду.

05Перспективы и значение для индустрии

Использование симуляции и цифровых двойников в здравоохранении открывает новые горизонты для автоматизации и повышения эффективности медицинских учреждений. Это не только улучшает доступность и качество медицинских услуг, но и снижает затраты, что является критически важным в условиях растущего спроса на медицинскую помощь.