Хирургический робот NTU размером с семя способен выполнять пять медицинских функций

Этого робота изобрели ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore). Крошечный робот размером с семя может передвигаться по мягким и неровным поверхностям, чтобы выполнять пять хирургических функций беспроводным способом, прокладывая путь для разработки роботов, повышающих точность операций и медицинских процедур.

• Энергия из окон: прорывная технология от NTU превратит небоскребы в электростанции

Детали

Миниатюрный робот длиной всего 4,4 мм управляется слабыми магнитными полями, может передвигаться, разрезать биологические ткани, высвобождать лекарства, захватывать и сохранять образцы тканей или генерировать тепло дистанционно в любой момент времени.

А переключение между этими функциями занимает меньше секунды.

Команда разработчиков, используя магнитные катушки в лаборатории для дистанционного управления роботом, смогла заставить робота разворачивать различные инструменты и выполнять различные функции, такие как активация крошечного лезвия для разрезания тканей или излучение тепла к целевому участку, что может быть актуально для подходов, изучаемых для использования тепла в лечении рака.

«Большинство таких магнитных роботов могут выполнять только одну или две функции. Наше последнее изобретение теперь может выполнять пять, и наша долгосрочная цель заключается в том, чтобы врачи использовали этих мини-роботов внутри организма, направляли их к нужному месту и применяли для проведения процедур», – сказал доцент Лам, который является пионером в разработке миниатюрных роботов, изготовленных из мягких, гибких материалов.

Таких роботов изучают во всем мире как возможный способ сделать минимально инвазивные хирургические и медицинские процедуры более безопасными, менее болезненными и точными. Поскольку они могут однажды позволить врачам проводить целенаправленные операции глубоко внутри тела без больших разрезов или громоздких хирургических инструментов.

Чтобы вместить несколько функций в такого компактного робота, команда NTU разработала устройство для управления движением, которое активируется магнитными полями и которое можно перепрограммировать менее чем за секунду.

Устройство хирургического робота NTU

• Робот изготовлен из мягких магнитных материалов, включая PDMS и Ecoflex, которые являются материалами на основе силикона, обычно используемыми в мягкой робототехнике, так как они гибкие и могут быть сформированы в небольшие структуры.
• В материалы встроены магнитные микрочастицы размером 5 микрометров каждая, что позволяет разным частям робота реагировать на магнитные поля.
• В центре устройства находится магнитный модуль, который можно намагничивать, размагничивать и перемагничивать в разных направлениях.
• Каждая магнитная ориентация активирует разную функцию робота, позволяя одному и тому же мобильному роботу выполнять пять различных функций, включая разрезание и захват тканей.
• Исследователи также разработали различные области робота, чтобы гарантировать, что только одна часть, а не остальные, реагирует на одно и то же магнитное поле. То есть только одна часть робота реагирует на магнитное поле, меняя свою форму для активации инструмента или функции, в то время как остальные части остаются неподвижными и неизменными в своих текущих формах, что устраняет основное ограничение миниатюрных магнитных роботов.

Большинство миниатюрных магнитных роботов могут двигаться только вдоль трех осей и вращаться в двух направлениях.

Робот NTU обладает добавленным шестым движением, что позволяет ему вращаться вокруг своей продольной оси. Это дает роботу более точный контроль над своим позиционированием, что важно для передвижения в узких, мягких и неровных пространствах, таких как внутри организма.

Робот NTU имеет прочный, но гибкий корпус, что делает его более выносливым и облегчает его извлечение после использования.

В настоящее время команда NTU протестировала хирургические функции робота, используя модели биологических тканей, включая куриную печень, а также материалы на основе желатина, имитирующие мягкие ткани. В ходе лабораторных испытаний робот разрезал биологические ткани, распределяя частицы, имитирующие лекарственные препараты, захватывал и сохранял образцы тканей, а также генерировал локализованное тепло после индукции магнитными полями.

Чтобы производить тепло, исследователи подвергли робота воздействию высокочастотного переменного магнитного поля. Это заставило магнитные материалы внутри устройства генерировать тепло дистанционно, что соответствует методам магнитной гипертермии, которые исследуются для лечения рака. Команда также оценила биосовместимость материалов робота, подвергая их контакту с клетками человеческой кожи в лабораторных условиях.

Доцент Лам, работающий с хирургами, считает, что необходимо понять, как мини-робототехнические системы в конечном итоге могут вписаться в реальные клинические рабочие процессы.

«Чтобы эти роботы приблизились к практическому использованию, нам необходимо понять не только то, как они работают в лаборатории, но и как ими можно управлять, контролировать и отслеживать их в реальных медицинских условиях», – добавил он.

Доктор Ео Леонг Литт, Леонард, старший консультант отделения неврологии Национальной университетской больницы, сказал:

«Эти миллиметровые роботы с магнитным наведением действительно впечатляют своей способностью перемещаться по сложным средам, а затем выполнять различные задачи, такие как доставка лекарств к целевому месту, проведение биопсии и дистанционная подача терапевтического тепла. Я могу представить, что они имеют потенциал заменить многие аспекты интервенционной радиологической хирургии и стать новым методом терапии в медицине».

Ранее мы рассказывали, что шелк на протяжении тысячелетий поражал человечество своей легкостью и прочностью – от паутинных тенет, выдерживающих шквалы ветра, до роскошной одежды и защитных коконов тутового шелкопряда. Однако международная группа ученых из Тафтского и Мичиганского университетов, а также Имперского колледжа Лондона, вывела этот природный материал на совершенно новый уровень. Они создали сверхпрочный композит, способный конкурировать с кевларом и передовым промышленным пластиком.