Studio della stabilità di sistemi tele-operati in presenza di ritardo

Il presente elaborato analizza l’impatto del ritardo temporale sulla stabilità dei sistemi di controllo in retroazione, con particolare applicazione alla teleoperazione bilaterale e alla robotica chirurgica. In una prima fase, viene condotta un’analisi dei criteri di stabilità classici, dimostrando la superiorità metodologica del criterio di Nyquist rispetto ad approcci basati su approssimazioni algebriche o sostituzioni parametriche, in virtù della sua capacità di gestire analiticamente l’esatto termine trascendente di ritardo. Il cuore dello studio applica tali concetti alle architetture master-slave con feedback aptico, dove il ritardo di comunicazione trasforma il canale in un elemento attivo che viola la passività del sistema. Attraverso l’analogia delle linee di trasmissione, si dimostra come l’impiego delle variabili d’onda (wave variables) permetta di ripristinare la natura passiva del canale, garantendo la stabilità in presenza di ritardi costanti. La validità di tale approccio è verificata mediante la modellazione elettromeccanica di un servomotore industriale (riferimento tecnologico per piattaforme come il sistema Da Vinci), confermando come la latenza eroda i margini di stabilità. Infine, la trattazione estende l’indagine alla problematica del ritardo variabile (jitter) tipico delle reti geografiche, dimostrando come l’instabilità non sia solo legata all’entità della latenza, ma alla sua natura stocastica. Viene quindi proposta e validata una tecnica di buffering dinamico, capace di ristabilire la continuità temporale necessaria a garantire la stabilità BIBO del sistema, aprendo nuove prospettive per la telechirurgia a lunga distanza.