Ερευνητές από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang της Σιγκαπούρης (NTU Singapore) δημιούργησαν ένα μικροσκοπικό ρομπότ με μέγεθος σπόρου, το οποίο μπορεί να πλοηγείται σε μαλακές και ανώμαλες επιφάνειες για να εκτελεί ασύρματα πέντε διαφορετικές χειρουργικές λειτουργίες. Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τον δρόμο για πιο ακριβείς ιατρικές θεραπείες και επεμβάσεις.
Το μικροσκοπικό ρομπότ, με μήκος μόλις 4.4 χιλιοστά, ελέγχεται μέσω ασθενών μαγνητικών πεδίων. Έχει τη δυνατότητα να κινείται, να κόβει βιολογικούς ιστούς, να απελευθερώνει φάρμακα, να πιάνει και να αποθηκεύει δείγματα ιστών, καθώς και να παράγει θερμότητα εξ αποστάσεως. Η εναλλαγή μεταξύ αυτών των λειτουργιών απαιτεί λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο.
Η μελέτη, με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Lum Guo Zhan από τη Σχολή Μηχανολόγων και Αεροδιαστημικών Μηχανικών (MAE) του NTU, δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Materials.
Ξεπερνώντας μια σημαντική πρόκληση της ρομποτικής
Μέχρι σήμερα, τα περισσότερα μαγνητικά μικρορομπότ μπορούσαν να εκτελέσουν μόνο μία ή δύο λειτουργίες. Για να ενσωματώσει πέντε λειτουργίες σε μια συσκευή λίγων χιλιοστών, η ομάδα του NTU χρησιμοποίησε μαλακά μαγνητικά υλικά σιλικόνης (PDMS και Ecoflex), στα οποία ενσωματώθηκαν μαγνητικά μικροσωματίδια μεγέθους 5 μικρομέτρων.
Στο κέντρο του ρομπότ βρίσκεται μια μαγνητική μονάδα που μπορεί να μαγνητιστεί και να απομαγνητιστεί σε διαφορετικές κατευθύνσεις σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Κάθε προσανατολισμός ενεργοποιεί και ένα διαφορετικό εργαλείο.
Οι ερευνητές σχεδίασαν με τέτοιο τρόπο τα διάφορα τμήματα του ρομπότ ώστε μόνο το επιθυμητό μέρος να ανταποκρίνεται κάθε φορά στο μαγνητικό πεδίο, ενώ τα υπόλοιπα παραμένουν ακίνητα. Αυτό λύνει ένα μεγάλο πρόβλημα της κατηγορίας, όπου τα μαγνητικά πεδία τείνουν να επηρεάζουν ολόκληρη τη συσκευή ταυτόχρονα, περιορίζοντας την ακρίβειά της.
Επιπλέον, το συγκεκριμένο ρομπότ διαθέτει έναν έκτο βαθμό ελευθερίας κίνησης, καθώς μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον μακρύ άξονά του (κύλιση). Αυτό του επιτρέπει να ελίσσεται σε στενούς και ακανόνιστους χώρους μέσα στο σώμα. Σε αντίθεση με άλλα ρομπότ που θυμίζουν παχύρρευστη μάζα, αυτό έχει συμπαγές αλλά εύκαμπτο σώμα, γεγονός που το καθιστά πιο ανθεκτικό και εύκολο στην ανάκτηση μετά τη χρήση.
Δοκιμές σε βιολογικούς ιστούς
Η ομάδα του NTU εξέτασε τη λειτουργία του ρομπότ σε μοντέλα βιολογικών ιστών, όπως το συκώτι κοτόπουλου, καθώς και σε υλικά με βάση τη ζελατίνη. Κατά τη διάρκεια των εργαστηριακών δοκιμών, το ρομπότ έκοψε ιστούς, απελευθέρωσε σωματίδια που προσομοίωναν φάρμακα και συγκράτησε δείγματα.
Για την παραγωγή τοπικής θερμότητας, οι επιστήμονες εξέθεσαν το ρομπότ σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο υψηλής συχνότητας, μια προσέγγιση που σχετίζεται με τις μεθόδους μαγνητικής υπερθερμίας για τη θεραπεία του καρκίνου.
Παράλληλα, αξιολογήθηκε η βιοσυμβατότητα των υλικών σε ανθρώπινα κύτταρα δέρματος στο εργαστήριο. Περισσότερο από το 99% των κυττάρων παρέμειναν ζωντανά, αποδεικνύοντας ότι τα υλικά είναι σε μεγάλο βαθμό μη τοξικά.
Το επόμενο βήμα της έρευνας
Η ερευνητική ομάδα, στην οποία συμμετέχουν οι Chelsea Shan Xian Ng, Yu Xuan Yeoh και ο υποψήφιος διδάκτορας Nicholas Yong Wei Foo, εξετάζει τώρα πώς οι μελλοντικές εκδόσεις του ρομπότ θα μπορούσαν να συνδυαστούν με τεχνολογίες απεικόνισης, συστήματα αισθητήρων και τεχνητά μοντέλα οργάνων.
Ο καθηγητής Lum συνεργάζεται ήδη με χειρουργούς για να κατανοήσει πώς αυτά τα συστήματα μπορούν να ενταχθούν στις πραγματικές κλινικές διαδικασίες, με στόχο τη μελλοντική αντικατάσταση πτυχών της επεμβατικής ακτινολογικής χειρουργικής.
Το έργο διήρκεσε επτά χρόνια και υποστηρίχθηκε από κρατικούς και πανεπιστημιακούς πόρους της Σιγκαπούρης, ενώ έχει ήδη κατατεθεί αίτηση για την κατοχύρωση της σχετικής τεχνολογίας.