GAMORA: A Gesture Articulated Meta Operative Robotic Arm for Hazardous Material Handling in Containment-Level Environments

要約

ロボット工学と仮想現実（VR）の収束により、高リスクの実験室の設定、特にウイルス学ラボでより安全で効率的なワークフローが可能になりました。
バイオハザードの複雑さが増加すると、精度を維持しながら直接的な人間への曝露を最小限に抑えることが不可欠になります。
Gamora（Gesture Articulated Meta Operative Robotic Arm）を提案します。これは、自然な手のジェスチャーを使用して危険なタスクのリモート実行を可能にする新しいVR誘導ロボットシステムです。
既存のスクリプト化された自動化や従来のテレオ操作とは異なり、GamoraはOculus Quest 2、Nvidia Jetson Nano、およびRobotオペレーティングシステム（ROS）を統合して、リアルタイムの没入型制御、デジタルツインシミュレーション、および逆の動機ベースの明確化を提供します。
このシステムは、3Dプリントされたロボットアームを介して物理環境で精密タスクを実行しながら、VRベースのトレーニングとシミュレーションをサポートします。
逆運動学は、標本の取り扱いやピペットなどの繊細な操作のための正確な操作を保証します。
パイプラインには、UNITYベースの3D環境構造、リアルタイムモーションプランニング、ループインハードウェアテストが含まれます。
ガモラは、2.2 mmの平均位置の矛盾（4 mmから改善）、0.2 mL以内のピペッティング精度、50回の試行で1.2 mmの再現性を達成しました。
Yolov8を介した統合オブジェクトの検出は空間的認識を高め、エネルギー効率の高い動作（50％減少した出力）により、持続可能な展開が保証されます。
システムのデジタルフィードバックループは、高リスクのラボタスクの安全で正確で反復可能な自動化を可能にします。
Gamoraは、生物医学研究環境におけるロボット制御とバイオセーフティのためのスケーラブルで没入型のソリューションを提供します。

要約(オリジナル)

The convergence of robotics and virtual reality (VR) has enabled safer and more efficient workflows in high-risk laboratory settings, particularly virology labs. As biohazard complexity increases, minimizing direct human exposure while maintaining precision becomes essential. We propose GAMORA (Gesture Articulated Meta Operative Robotic Arm), a novel VR-guided robotic system that enables remote execution of hazardous tasks using natural hand gestures. Unlike existing scripted automation or traditional teleoperation, GAMORA integrates the Oculus Quest 2, NVIDIA Jetson Nano, and Robot Operating System (ROS) to provide real-time immersive control, digital twin simulation, and inverse kinematics-based articulation. The system supports VR-based training and simulation while executing precision tasks in physical environments via a 3D-printed robotic arm. Inverse kinematics ensure accurate manipulation for delicate operations such as specimen handling and pipetting. The pipeline includes Unity-based 3D environment construction, real-time motion planning, and hardware-in-the-loop testing. GAMORA achieved a mean positional discrepancy of 2.2 mm (improved from 4 mm), pipetting accuracy within 0.2 mL, and repeatability of 1.2 mm across 50 trials. Integrated object detection via YOLOv8 enhances spatial awareness, while energy-efficient operation (50% reduced power output) ensures sustainable deployment. The system’s digital-physical feedback loop enables safe, precise, and repeatable automation of high-risk lab tasks. GAMORA offers a scalable, immersive solution for robotic control and biosafety in biomedical research environments.

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