# Modul 1 : Intro to Medical Robotics

### Tujuan
- Peserta memahami definisi, klasifikasi, aplikasi klinis dari otomasi robotika medis.
- Peserta memahami karakteristik-karakteristik dari robotika medis.
- Peserta memahami komponen pembentuk dari robotika medis.

### Pengertian
**Robot** merupakan suatu mesin yang diprogram untuk dapat melaksanakan suatu fungsi secara *otomasi* (tanpa campur tangan manusia) atau secara *semi-otomasi* (dengan campur tangan manusia secara tidak langsung).

Umumnya, robot melakukan fungsi yang menggantikan tugas manusia pada suatu sistem atau lingkungan, misal di dalam pabrik manufaktur mie instan, di dalam rumah untuk menyapu ruangan, atau bahkan di dalam rumah sakit untuk membantu dokter dan ners dalam menangani pasien.

**Robotika medis** merupakan salah satu sub kelompok dari robotika yang memiliki tujuan untuk *membantu tenaga medis* melakukan diagnosis, terapi, atau tindakan medis guna *menunjang kesehatan pasien*.

Salah satu contoh robot medis yang sudah umum digunakan adalah Da Vinci *surgery robot* yang dibuat oleh [Intuitive](https://www.intuitive.com/en-us/products-and-services/da-vinci)


### Arsitektur Robot

Untuk diklasifikasi sebagai robot, maka suatu mesin harus memiliki suatu arsitektur dengan tujuan tertentu yang spesifik. Arsitektur ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu


1. *Actuator* - *Muscles of robots*
Aktuator merupakan motor penggerak dari tangan-tangan atau *limbs* robot. Aktuator merubah sinyal listrik yang diberikan oleh *controller* atau sumber daya lain menjadi suatu gerakan yang memiliki perubahan posisi.

2. *End-effector* - *Limbs of robots*
*End-effector* merupakan perangkat yang digerakan oleh aktuator untuk melakukan fungsi tertentu. Umumnya, *end-effectors* berupa tangan-tangan yang dapat menggenggam barang atau roda yang dapat memindahkan robot dari satu posisi ke posisi lainnya.
3. *Controller* - *Brain of robots*
*Controller* merupakan otak dari suatu robot, yang memberikan perintah berupa sinyal listrik pada robot untuk bergerak dan melakukan sebuah fungsi. *Controller* ini dapat berupa *microcontroller* seperti ESP-32 atau *mini PC* yang memiliki kekuatan komputasi yang lebih tinggi untuk menggerakan robot yang kompleks.
4. *Sensors* - *Eyes and ears (and other sensing organs) of robots*
Sensor memiliki peran untuk memberikan informasi mengenai lingkungan kerja dari robot, yang mana akan dialirkan pada *controller* untuk diproses bersama dengan perintah *programmer* menjadi suatu rencana pergerakan dari robot.

### Klasifikasi

**Robotika medis** dibagi menjadi 3 kelompok utama, yaitu:

**1. *Surgical robots***
*Surgical robots* merupakan robot yang dipakai untuk membantu dokter dalam melakukan prosedur medis invasif dalam operasi. Robot ini seperti menjadi "tangan tambahan" dari dokter yang lebih presisi dan stabil, sehingga operasi dapat dilakukan dengan lebih efektif dan efisien, serta meminimalisir terjadinya trauma atau luka berlebih pada pasien.

Karakteristik yang harus dimiliki oleh robot jenis ini adalah:
- *Minimal invasion* - Robot mampu mengurangi tindakan-tindakan invasif yang dapat menimbulkan *excessive trauma*
- *High precision* - Presisi yang diberikan oleh robot harus bisa menyamakan dokter bedah berpengalaman atau bahkan lebih untuk menjamin keamanan dan kestabilan robot.
- *High sensitivity* - Sensitivitas robot harus tinggi untuk dapat mendeteksi lingkungan kerja (organ tubuh pasien). Hal ini dilakukan untuk meningkatkan presisi dari robot.

**2. *Rehabilitation robots***
*Rehabilitation robots* merupakan robot yang dapat membantu atau menggantikan fungsi bagian tubuh manusia, dengan tujuan untuk restorasi, regulasi, dan kompensasi fungsi tubuh. Fungsi tubuh yang umum dibantu oleh *rehabilitation robots* adalah sistem otot, sistem saraf, dan sistem metabolisme.

Karakteristik yang harus dimiliki oleh robot jenis ini adalah:
- *Single operation and strong repeatability* - Robot mampu melakukan satu fungsi secara terus menerus tanpa ada rasa "lelah" serta memberikan performa yang konsisten.
- *Personalized training* - Robot yang digunakan untuk rehabilitasi harus mampu untuk melakukan penyesuaian dengan kondisi tubuh tiap pasien, sehingga pasien mendapatkan terapi yang paling sesuai dengan kondisi yang dimiliki.
- *High integration* - Untuk meningkatkan fungsi robot dari yang hanya membantu proses terapi menjadi membantu menganalisis hasil rehabilitasi, maka robot harus memiliki sistem integrasi antara sensor-sensor dengan sistem pemrosesan sinyal dan informasi yang kuat. Kedua hal ini akan menghasilkan *report* perkembangan terapi dari pasien sehingga tenaga kesehatan dapat lebih mudah untuk merencanakan proses rehabilitasi selanjutnya.

**3. *Medical assistant robots***
*Medical assistant robots* merupakan robot yang membantu atau menggantikan peran tenaga kesehatan dalam melakukan pengecekan, diagnosis, tindakan ringan, dan analaisis penyakit. Bisa dikatakan bahwa robot ini merupakan alat medis yang di-*upgrade* menjadi suatu sistem otomasi atau semi-otomasi.

Karakteristik yang harus dimiliki oleh robot ini adalah:

- *Professionalization* - *Medical assistant robots* harus dibekali dengan keahlian khusus dan akurasi tinggi untuk melakukan prosedur medis tertentu, seperti diagnosis penyakit, prediksi, analisis parameter, dan inspeksi. Robot dapat dirancang dengan optimal untuk menjalankan tugas yang bersifat spesifik sesuai tujuan, sehingga mampu memberikan bantuan dalam berbagai lingkungan medis.
- *Timeliness* - Dalam interaksi dengan pasien maupun tenaga medis, robot ini harus mampu memberikan respons dengan cepat dan akurat agar *user experience* menjadi lebih optimal. Pada proses diagnosis dan pengujian, respons yang tepat waktu akan membantu pasien dan dokter memperoleh hasil secepat mungkin, mengurangi biaya waktu, serta memungkinkan tindakan medis dilakukan segera untuk menghindari keterlambatan penanganan penyakit.
- *A rich library of experts* - *Medical assistant robots* mampu mendeteksi parameter kesehatan, mendiagnosis penyakit, serta memberikan saran yang terpercaya melalui analisis rekam medis pasien. Hal ini didukung dengan *database* artikel dan buku serta menggabungkan teknologi *artifical intelligence* untuk menghasilkan diagnosis dan program terapi yang cerdas. Sumber pembelajaran ini terus diperbaharui sehingga *database* semakin luas.

**4. *Hospital service robots***
*Hospital service robots* merupakan robot yang digunakan untuk membantu fungsi operasional rumah sakit. Operasional ini mencakup penjagaan kebersihan dan disinfeksi rumah sakit, persiapan dan pengantaran obat-obatan, dan penjagaan lingkungan rumah sakit yang optimum. Robot ini bertujuan untuk membantu staf rumah sakit untuk mengelola institusi tersebut untuk berjalan dengan efektif dan efisien, sehingga *workload* staf menjadi tidak terlalu banyak.

Karakteristik yang dibutuhkan *hospital service robots*:

- *Anthropomorphic appearance* - Robot yang memiliki tampilan menyerupai manusia akan lebih *approachable* bagi staf rumah sakit dan bagi pasien yang membutuhkan bantuan dikarenakan tampilannya yang ramah dan familiar.
- *Convenient movement* - Robot ini harus dapat bergerak dengan mudah untuk melakukan berbagai macam fungsi. Hal ini ditunjang dengan desain robot yang *sleek* dan tidak terlalu besar, namun tetap memiliki fitur-fitur yang dibutuhkan.
- *Easy to operate* - Robot rumah sakit harus mudah untuk dioperasikan dan di-*maintain* fungsi dan kerjanya sehingga tidak menimbulkan kesulitan tambahan dalam operasional rumah sakit. Hal ini dikarenakan *user* yang diekspektasikan untuk menggunakan robot tersebut merupakan staf-staf rumah sakit yang awam dengan otomasi robotika.

Referensi:
1. Y. Guo *et al*., “Development Status and Multilevel Classification Strategy of Medical Robots,” *Electronics*, vol. 10, no. 11, p. 1278, May 2021, doi: https://doi.org/10.3390/electronics10111278.
2. Y. Guo, G. Dagnino, and G.-Z. Yang, *Medical Robotics*. Springer Nature, 2023.