ربات جراحی دانه‌بذری با ۵ قابلیت پزشکی در یک ثانیه ساخته شد

پژوهشگران دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU Singapore) موفق به توسعه یک ربات جراحی بسیار کوچک در اندازه یک دانه بذر شده‌اند که می‌تواند در کمتر از یک ثانیه بین پنج عملکرد مختلف جابه‌جا شود؛ فناوری‌ای که می‌تواند مسیر جدیدی برای انجام جراحی‌های کم‌تهاجمی و درمان‌های دقیق پزشکی باز کند.

به گزارش interestingengineering، این ربات تنها ۴.۴ میلی‌متر طول دارد و به‌صورت بی‌سیم و از طریق میدان‌های مغناطیسی ضعیف کنترل می‌شود. با وجود ابعاد بسیار کوچک این سامانه قادر است روی سطوح نرم حرکت کند، بافت‌های زیستی را برش دهد، دارو آزاد کند، نمونه‌های بافتی را جمع‌آوری و ذخیره کند و حتی به‌صورت کنترل‌شده گرما تولید کند.

محققان می‌گویند این فناوری یکی از چالش‌های قدیمی حوزه رباتیک مینیاتوری را حل کرده است؛ چالشی که مربوط به قرار دادن چندین عملکرد مختلف در یک ربات کوچک بدون از دست رفتن دقت کنترل یا توان حرکتی بود.

تیم تحقیقاتی قابلیت‌های این ربات را در آزمایش‌های آزمایشگاهی روی بافت‌های زیستی و مدل‌های شبیه‌سازی‌شده بافت نرم به نمایش گذاشت. نتایج نشان داد این ربات می‌تواند هنگام حرکت در محیط‌های پیچیده چندین وظیفه پزشکی را به‌طور هم‌زمان انجام دهد.

یک ربات با پنج قابلیت مختلف 

برخلاف بسیاری از ربات‌های مغناطیسی کوچک که تنها یک یا دو عملکرد دارند، ربات توسعه‌یافته در NTU می‌تواند به‌سرعت میان چندین ابزار مختلف جابه‌جا شود.

لوم گو ژان دانشیار دانشگاه NTU و سرپرست این پروژه گفت: بیشتر ربات‌های مغناطیسی مشابه تنها قادر به انجام یک یا دو عملکرد هستند. اختراع جدید ما اکنون پنج قابلیت مختلف را در اختیار دارد و هدف بلندمدت ما این است که پزشکان بتوانند این ربات‌های کوچک را وارد بدن کرده آنها را به محل موردنظر هدایت کنند و از آنها برای انجام درمان‌ها استفاده کنند.

این ربات از مواد نرم مبتنی بر سیلیکون شامل PDMS و Ecoflex ساخته شده و در سراسر ساختار آن ذرات میکروسکوپی مغناطیسی قرار گرفته است که به میدان‌های مغناطیسی خارجی واکنش نشان می‌دهند.

در مرکز این سامانه یک ماژول مغناطیسی قرار دارد که می‌تواند در جهت‌های مختلف مغناطیس‌دار، بدون مغناطیس و دوباره مغناطیس‌دار شود. هر جهت‌گیری مغناطیسی عملکرد متفاوتی را فعال می‌کند و به همین دلیل یک ربات واحد می‌تواند ابزار‌های مختلفی را در زمان نیاز فعال کند.

پژوهشگران همچنین بخش‌های مختلف ربات را به‌گونه‌ای طراحی کرده‌اند که هر قسمت به‌صورت مستقل به سیگنال‌های مغناطیسی پاسخ دهد. این ویژگی مانع از آن می‌شود که کل ربات مانند یک آهنربای واحد حرکت کند؛ محدودیتی که در بسیاری از سامانه‌های رباتیک کوچک فعلی دیده می‌شود.

این طراحی همچنین یک درجه آزادی حرکتی جدید موسوم به غلتش یا Rolling را به ربات اضافه کرده است. این قابلیت به ربات اجازه می‌دهد حول محور طولی خود بچرخد و هنگام حرکت در فضا‌های باریک و نامنظم داخل بدن کنترل بیشتری داشته باشد.

آزمایش روی بافت‌های زیستی

برای ارزیابی عملکرد تیم تحقیقاتی این ربات را روی کبد مرغ و مواد ژلاتینی طراحی‌شده برای شبیه‌سازی بافت نرم آزمایش کرد.

نتایج نشان داد ربات توانست با موفقیت بافت را برش دهد، ذرات شبیه‌ساز دارو را آزاد کند نمونه‌های بافتی را جمع‌آوری و ذخیره کند و از طریق القای مغناطیسی گرمای موضعی تولید کند.

به گفته محققان قابلیت تولید گرما می‌تواند در روش‌های هایپرترمی مغناطیسی که برای درمان سرطان مورد بررسی قرار گرفته‌اند کاربرد داشته باشد.

تیم پژوهشی همچنین ایمنی مواد سازنده ربات را با قرار دادن آنها در معرض سلول‌های پوستی انسان بررسی کرد. نتایج نشان داد بیش از ۹۹ درصد سلول‌ها پس از تماس با این مواد زنده ماندند که نشان‌دهنده سمیت پایین این فناوری در شرایط آزمایشگاهی است.

پژوهشگران اکنون در حال بررسی راه‌های ادغام این ربات با سامانه‌های تصویربرداری پزشکی، حسگر‌ها و مدل‌های اندام مصنوعی هستند. همچنین همکاری‌هایی با جراحان آغاز شده تا مشخص شود این فناوری چگونه می‌تواند در فرآیند‌های واقعی درمانی و کلینیکی مورد استفاده قرار گیرد.

لوم گو ژان در پایان گفت: برای نزدیک شدن این ربات‌ها به استفاده عملی باید نه‌تنها نحوه عملکرد آنها در آزمایشگاه بلکه چگونگی هدایت، پایش و کنترل آنها در شرایط واقعی پزشکی را نیز درک کنیم.

نتایج این پژوهش در نشریه علمی Advanced Materials منتشر شده است.