Хірургічний робот NTU розміром із насіння здатний виконувати п'ять медичних функцій

Цього робота винайшли вчені з Наньянського технологічного університету в Сінгапурі (NTU Singapore). Крихітний робот розміром з насіння може пересуватися по м’яких і нерівних поверхнях, щоб виконувати п’ять хірургічних функцій бездротовим способом, прокладаючи шлях для розробки роботів для підвищення точності операцій та медичних процедур.

• Енергія з вікон: проривна технологія від NTU перетворить хмарочоси на електростанції

Деталі

Мініатюрний робот, довжиною всього 4,4 мм, керується слабкими магнітними полями, може рухатися, різати біологічні тканини, вивільняти ліки, захоплювати та зберігати зразки тканин або генерувати тепло дистанційно в будь-який момент часу.

А перемикання між цими функціями займає менше секунди.

Команда розробників, використовуючи магнітні котушки в лабораторії для дистанційного керування роботом, змогла змусити робота розгортати різні інструменти та виконувати різні функції, такі як активація крихітного леза для розрізання тканин або випромінювання тепла до цільової ділянки, що може бути актуальним для підходів, що вивчаються, що використовують тепло для лікування раку.

«Більшість таких магнітних роботів можуть виконувати лише одну або дві функції. Наш останній винахід тепер може виконувати п’ять, і наша довгострокова мета полягає в тому, щоб лікарі використовували цих міні-роботів у тілі, направляли їх до потрібного місця та використовували їх для проведення процедур», – сказав доцент Лам, який є піонером у розробці мініатюрних роботів, виготовлених з м’яких, гнучких матеріалів.

Таких роботів вивчають в усьому світі як можливий спосіб зробити мінімально інвазивні хірургічні та медичні процедури безпечнішими, менш болючими та точнішими. Оскільки вони можуть одного дня дозволити лікарям проводити цілеспрямовані операції глибоко всередині тіла без великих розрізів або громіздких хірургічних інструментів.

Щоб вмістити кілька функцій у такого компактного робота, команда NTU розробила пристрій для керування рухами, який активується магнітними полями та який можна перепрограмувати менш ніж за секунду.

Будова хірургічного робота NTU

• Виготовлений робот з м'яких магнітних матеріалів, включно PDMS та Ecoflex, які є матеріалами на основі силікону, що зазвичай використовуються в м'якій робототехніці, оскільки вони гнучкі та можуть бути сформовані в невеликі структури.
• В матеріали вбудовані магнітними мікрочастинками розміром 5 мікрометрів кожна, що дозволяє різним частинам робота реагувати на магнітні поля.
• У центрі пристрою знаходиться магнітний модуль, який можна намагнічувати, розмагнічувати та перемагнічувати в різних напрямках.
• Кожна магнітна орієнтація активує різну функцію робота, дозволяючи одному й тому ж мобільному роботу виконувати п'ять різних функцій, включаючи різання та захоплення тканин.
• Дослідники також розробили різні області робота, щоб гарантувати, що лише одна частина, а не решта, реагує на одне й те саме магнітне поле. Тобто лише одна частина робота реагує на магнітне поле, змінюючи свою форму для активації інструменту або функції, тоді як інші частини залишаються нерухомими та незмінними у своїх поточних формах, що усуває основне обмеження мініатюрних магнітних роботів.

Більшість мініатюрних магнітних роботів можуть рухатися лише вздовж трьох осей та обертатися у двох напрямках.

Робот NTU має доданий шостий рух, що дозволяє йому обертатися навколо власної поздовжньої осі. Це дає роботу точніший контроль над своїм позиціонуванням, що важливо для пересування у вузьких, м’яких та нерівних просторах, таких як всередині тіла.

Робот NTU має міцний, але гнучкий корпус, що робить його міцнішим та легшим для вилучення після використання.

Наразі команда NTU протестувала хірургічні функції робота, використовуючи моделі біологічних тканин, включаючи курячу печінку, а також матеріали на основі желатину, що імітують м'які тканини. В ході лабораторних випробувань робот розрізав біологічні тканини, розподіляючи частинки, що імітують частинки ліків, захоплював та зберігав зразки тканин, а також генерував локалізоване тепло після індукції магнітними полями.

Щоб виробляти тепло, дослідники піддали робота впливу високочастотного змінного магнітного поля. Це змусило магнітні матеріали всередині пристрою генерувати тепло дистанційно, що відповідає методам магнітної гіпертермії, які досліджуються для лікування раку. Команда також оцінила біосумісність матеріалів робота, піддаючи їх контакту з клітинами шкіри людини в лабораторних умовах.

Доцент Лам що працює з хірургами, вважає, що аби зрозуміти, як міні-робототехнічні системи зрештою можуть вписатися в реальні клінічні робочі процеси.

«Щоб ці роботи наблизилися до практичного використання, нам потрібно зрозуміти не лише те, як вони працюють у лабораторії, але й те, як ними можна керувати, контролювати та контролювати їх у реалістичних медичних умовах», – додав він.

Доктор Єо Леонг Літт, Леонард, старший консультант відділення неврології Національної університетської лікарні, сказав:

«Ці міліметрові роботи з магнітним наведенням справді вражають своєю здатністю пересуватися складними середовищами, а потім виконувати різноманітні завдання, такі як доставка ліків у потрібне місце, проведення біопсії та дистанційне подання терапевтичного тепла. Я можу уявити, що вони мають потенціал замінити багато аспектів інтервенційної радіологічної хірургії та стати новим методом терапії в медицині».

Раніше ми розповідали, що шовк тисячоліттями вражав людство своєю легкістю та міцністю – від павутинних тенет, що витримують шквали вітру, до розкішного одягу та захисних коконів шовкопрядів. Проте міжнародна група вчених із Тафтського та Мічиганського університетів, а також Імперського коледжу Лондона, вивела цей природний матеріал на абсолютно новий рівень. Вони створили надміцний композит, здатний конкурувати з кевларом та передовим промисловим пластиком.