Perm Medical JournalPerm Medical JournalПермский медицинский журнал (сетевое издание "Perm medical journal")0136-14492687-1408Eco-Vector11520510.17816/pmj39662-70Methods of diagnostics and technologiesМетоды диагностики и технологииResearch ArticleDevelopment of “artificial intellect based dental android system” for simulation of medical manipulations and doctor – patient communicationРазработка комплекса «антропоморфный стоматологический робот» с элементами искусственного интеллекта для имитации врачебных манипуляций и коммуникации «врач – пациент»https://orcid.org/0000-0003-1135-7833AstashinaN. B.АсташинаН. Б.
Russian Federation

MD, PhD, Associate Professor, Head of the Department of Orthopedic Dentistry

заведующая кафедрой ортопедической стоматологии, доктор медицинских наук, доцент

astashina.nb@mail.ruBaydarovA. A.БайдаровА. А.
Russian Federation

Candidate of Technical Sciences, Deputy Rector for Informational Technologies and Innovative Development, Head of the Department of Medical Informatics and Medical Systems Management

проректор по информационным технологиям и инновационному развитию, заведующий кафедрой медицинской информатики и управления медицинскими системами, кандидат технических наук

astashina.nb@mail.ruArutyunovS. D.АрутюновС. Д.
Russian Federation

MD, PhD, Professor, Head of the Department of Digital Dentistry

заведующий кафедрой цифровой стоматологии, доктор медицинских наук, профессор

astashina.nb@mail.ruYuzhakovA. A.ЮжаковА. А.
Russian Federation

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Automatics and Telemechanics

заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика», доктор технических наук, профессор

astashina.nb@mail.ruKokoulinA. N.КокоулинА. Н.
Russian Federation

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Automatics and Telemechanics

доцент кафедры «Автоматика и телемеханика», кандидат технических наук

astashina.nb@mail.ruValikhmetovaK. R.ВалихметоваК. Р.
Russian Federation

Resident, Department of Orthopedic Dentistry

ординатор кафедры ортопедической стоматологии

astashina.nb@mail.ruMayorovP. V.МайоровП. В.
Russian Federation

Lecturer of the Department of Medical Informatics and Medical Systems Management, postgraduate student of the Department of Automatics and Telemechanics

преподаватель кафедры медицинской информатики и управления медицинскими системами, аспирант кафедры «Автоматика и телемеханика»

astashina.nb@mail.ruShamarinaA. M.ШамаринаА. М.
Russian Federation

Specialist, Department of Medical Information and Medical Systems Management

специалист кафедры медицинской информатики и управления медицинскими системами

astashina.nb@mail.ruLazarkovP. V.ЛазарьковП. В.
Russian Federation

Lecturer of the Department of Medical Information and Medical Systems Management, postgraduate student of the Department of Surgery with Course of Cardiovascular Surgery and Invasive Cardiology

преподаватель кафедры медицинской информатики и управления медицинскими системами, аспирант кафедры хирургии с курсом сердечно-сосудистой хирургии и инвазивной кардиологии

astashina.nb@mail.ruVronskyA. S.ВронскийА. С.
Russian Federation

Candidate of Medical Sciences, postgraduate student of the Department of Surgery with Course of Cardiovasclar Surgery and Invasive Cardiology

аспирант кафедры хирургии с курсом сердечно-сосудистой хирургии и инвазивной кардиологии, кандидат медицинских наук

astashina.nb@mail.ruKharakhYa. N.ХарахЯ. Н.
Russian Federation

Candidate of Medical Sciences, Associate Professor of the Digital Dentistry Department

кандидат медицинских наук, доцент кафедры цифровой стоматологии

astashina.nb@mail.ruE.A. Vagner Perm State Medical UniversityПермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. ВагнераA.I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and DentistryМосковский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. ЕвдокимоваPerm National Research Polytechnic UniversityПермский национальный исследовательский политехнический университет06012023396627007122022Copyright ©; 2023, Eco-VectorCopyright ©; 2023, Эко-Вектор2023Eco-VectorЭко-Векторhttps://permmedjournal.ru/PMJ/article/view/115205

Objective. The study is aimed at designing an inventive, multifunctional artificial intellect based anthropomorphic service robot, which could be integrated into an online learning system. An interdisciplinary research group in the framework of a newly formed university consortium is implementing a project in order to develop an artificial intellect based robotized Dental Android System able to simulate an actual clinical dental appointment.

Materials and methods. The system is based on an android (humanoid) robot comprising a multifunctional artificial intellect system. The factors, expanding the applicability range of the system and elevating its realistic basis in the course of learning are the use of a high-similarity construction, and introduction of a well-developed sensorics in the model teeth and jaw, in particular: – the teeth have the form of heterogeneous objects made of polymer materials with different stress-related characteristics typical for a natural tooth (enamel and dentin) with embedded contact sensors, a thermal sensor to read tooth heating parameters in the course of preparation for the purpose of training pulp burn prevention skills; – the smart jaw comprises several independent sectors and load cells allowing to determine the force applied to any part of the jaw.

Results. Possibility of audiovisual communication with the robot allows to implement a scenario approach to learning in the course of vocal communication.

Conclusions. The system being developed is an innovative solution of current goals of medical staff training in the rapidly emerging digital educational medium throughout the entire medical education process.

Цель. Создание оригинального мультифункционального сервисного антропоморфного робота, оснащенного элементами искусственного интеллекта и встраиваемого в систему сетевого обучения. Инициативной междисциплинарной группой исследователей, в созданном консорциуме вузов, реализуется проект, направленный на разработку роботизированного комплекса «Антропоморфный стоматологический робот», обладающего элементами искусственного интеллекта, воспроизводящего реальный клинический стоматологический прием.

Материалы и методы. Комплекс разработан на базе антропоморфного (человекообразного) робота, в функционал которого введена система искусственного интеллекта различной направленности.

Результаты. Факторами, расширяющими диапазон применимости комплекса, увеличивающими его реалистичность в процессе обучения, являются использование конструктива с высокой степенью подобия и внедрение развитой сенсорики в фантомных зубах и челюсти, в частности: зубы представляют собой гетерогенные объекты из полимерных материалов, имеющие различные физико-механические характеристики, что характерно для естественного зуба (эмаль и дентин), со встроенными датчиками контакта, термическим датчиком для считывания параметров нагревания зуба в процессе препарирования, для отработки навыков профилактики ожога «пульпы»; «умная» челюсть, состоящая из нескольких независимых секторов, содержит в себе тензодатчики, позволяющие определить усилие, приложенное к той или иной части челюсти.

Выводы. Возможность аудиовизуальной коммуникации с роботом позволяет осуществлять сценарный подход к обучению в ходе голосового общения. Разрабатываемый комплекс – это инновационное решение современных задач подготовки врачебных кадров в стремительно формирующейся цифровой образовательной среде на всех этапах медицинского образования.

modelssimulatorseducational platformartificial intellectneuronetworking knowledgerobotized systemфантомысимуляторыобразовательная платформаискусственный интеллектнейросетьпрактические уменияроботизированный комплексРабота выполнена при финансовой под-держке Пермского научно-образовательного центра «Рациональное недропользование», 2022 г.The work was carried out with the financial support of the Perm Scientific and Educational Center "Rational Subsoil Use", 2022.Carmen Juan M., Alexandrescu L. Mobile Augmented Reality System for the Learning of Dental Morphology, available at: https: //revistes.ub.edu/index.php/der/article/view/15344/pdf; Ultra Realisitc Dental Training Android Robot for Novice Dentists - https://phys.org/news/2011-06-showa-hanako-realistic-robot-novice.html. URL: http://www.leonardo-dental.ru.Carmen Juan M., Alexandrescu L. Mobile Augmented Reality System for the Learning of Dental Morphology, available at: https://revistes.ub.edu/index.php/der/article/view/15344/pdf; Ultra Realisitc Dental Training Android Robot for Novice Dentists – https://phys.org/news/2011-06-showa-hanako-realistic-robot-novice.html. URL: http://www.leonardo-dental.ru.Ta-Ko Huang, Chi-Hsun Yang, Yu-Hsin Hsieh, Jen-Chyan Wang, Chun-Cheng Hung. Augmented reality (AR) and virtual reality (VR) applied in dentistry. Kaohsiung Journal of Medical Sciences 2018; 34: 243–248.Dimri D., Nautiyal S. Dental Robotics-Get Going. J. Oral Dent. Health Res. 2020; 2: 1–3.Tom C.T. van Riet, Kevin T.H. Chin Jen Sem, Jean-Pierre T.F. Ho, René Spijker, Jens Kober, Jan de Lange. Robot technology in dentistry, part one of asystematic review: literature characteristics. Dental materials 2021; 37: 1217–1226.Tom C.T. van Riet, Kevin T.H. Chin Jen Sem, Jean-Pierre T.F. Ho, René Spijker, Jens Kober, Jan de Lange. Robot technol-ogy in dentistry, part one of asystematic review: literature characteristics. Dental materials 2021; 37: 1217–1226.Стоматологический симулятор Леонардо, available at: http://www.leonardo-dental.ru/.Buchbender M., Maser M., Neukam F.W., Kesting M.R., Attia S., Schmitt Ch.M. Kobra Surgery Simulator – A Possibility to Improve Digital Teaching? A Case-Control Study. International Journal of Environmental Research and Public Health 2021; 18: 1827.Yanushevich O.O., Tashkinov A.A., Minaeva N.V., Arutyunov S.D., Astashina N.B., Baidarov A.A., Bezukladnikov I.I., Yuzhakov A.A. Dental anthropomorphic robot. A new era in imitation of medical manipulation and clinical admission. Cathedra - Department. Dental Education 2021; 78: 54–57 (in Russian).Янушевич О.О., Ташкинов А.А., Минаева Н.В., Арутюнов С.Д., Асташина Н.Б., Байдаров А.А., Безукладников И.И., Южаков А.А. Стоматологический антропоморфный робот. Новая эра в имитации врачебных манипуляций и клинического приема. Cathedra-Кафедра. Стоматологическое образование 2021; 78: 54–57.