Oamenii de ştiinţă de la Institutul Max Planck pentru sisteme inteligente (MPI-IS) din Stuttgart, Germania, au dezvoltat o metodă nouă de desfăşurare a mai multor roboţi miniaturali magnetici care pot naviga cu uşurinţă printr-o matrice 3D asemănătoare unei reţele de vase de sânge. Această nouă metodă ar putea permite, în viitor, tratarea simultană a mai multor zone greu accesibile din corpul uman, ceea ce este în prezent imposibil de realizat cu instrumentele convenţionale. Această abordare inovatoare ar putea reduce semnificativ durata procedurii şi ar putea creşte eficienţa terapiilor minim invazive.
Roboţii moi acţionaţi magnetic ar putea ajuta într-o zi la tratarea zonelor greu accesibile din interiorul corpului.. Oamenii de ştiinţă de la MPI-IS au dezvoltat o metodă nouă de desfăşurare a mai multor roboţi miniaturali magnetici care pot naviga cu uşurinţă printr-o matrice 3D care seamănă cu o reţea de vase de sânge.
Sistemul robotic poate desfăşura roboţi minusculi cu dimensiunea de cinci milimetri pentru a administra medicamente sau a redirecţiona fluxul de fluide în mai multe locaţii din interiorul unei reţele 3D format din lumenul vaselor de sânge (lumenul este spaţiul interior al vaselor prin care curge sângele).
Această nouă metodă ar putea permite într-o zi tratarea simultană a mai multor locaţii în zone greu accesibile ale corpului uman. Abordarea inovatoare ar putea reduce semnificativ durata procedurii şi ar putea creşte eficienţa terapiilor minim invazive.
Studiul de cercetare a fost publicat luna aceasta, într-un articol în revista Science Advances.
În practica clinică sunt frecvente afecţiunile multiple. În creier, de exemplu, vasele de sânge blocate pot provoca AVC (accidente vasculare cerebrale), în care lipsa oxigenului deteriorează rapid celulele creierului. Dacă sunt blocate mai multe vase, zone critice ale creierului pot fi private de sânge, ceea ce duce la leziuni neurologice grave sau chiar la deces dacă nu sunt tratate. Acest lucru evidenţiază nevoia urgentă de tehnologii avansate pentru tratarea afecţiunilor multi-site.
Roboţii moi acţionaţi magnetic au un potenţial semnificativ pentru atingerea şi tratarea zonelor greu accesibile ale corpului.
Aceştia pot facilita administrarea dirijată de medicamente şi pot sprijini devierea fluxului sanguin. Utilizarea mai multor roboţi ar putea permite tratarea simultană a mai multor zone, economisind timp critic şi permiţând îngrijirea localizată.
Oamenii de ştiinţă de la MPI-IS au analizat această problemă şi au dezvoltat un sistem de roboţi minusculi de cinci milimetri care administrează medicamente sau redirecţionează fluxul de fluide în mai multe locaţii din interiorul unei reţele de lumen 3D, care seamănă foarte mult cu o reţea de vase de sânge reale.
Echipa de la Departamentul de inteligenţă fizică arată cum mai mulţi roboţi sunt controlaţi independent pentru a naviga prin lumenuri întortocheate şi a-şi îndeplini funcţiile simultan.
Obiectul controlat este un robot magnetic în formă de stent, conceput pentru a se adapta în mod flexibil la schimbările din lumen.
Pentru a naviga prin reţeaua de lumenuri, robotul are nevoie de o forţă magnetică puternică pentru a depăşi frecarea şi fluxul de fluid. Dacă forţa este insuficientă, robotul este incapabil să avanseze. Prin reducerea forţei magnetice pe roboţii nedoriţi şi creşterea acesteia pe robotul dorit, se poate permite unui robot să se deplaseze în timp ce ceilalţi rămân staţionari.
„Din cunoştinţele noastre, acesta este primul caz de control independent a mai mult de cinci roboţi în lumenul 3D în condiţii fiziologice relevante”, a declarat într-un comunicat Chunxiang Wang, doctorand în cadrul Departamentului de inteligenţă fizică de la MPI-IS şi primul autor al lucrării.
Robotul este controlat de un magnet rotativ, cu regiuni de influenţă şi de rotaţie propuse pentru a spori uşurinţa în utilizare. Plasarea magnetului în afara regiunii de influenţă dezactivează roboţii nedoriţi, în timp ce poziţionarea acestuia în regiunea de acţionare activează robotul ţintă, oferind operatorului un control intuitiv.
În practică, utilizatorul introduce pur şi simplu punctele ţintă, iar un braţ robotic utilizează un algoritm de planificare a traseului pentru a desfăşura automat roboţii, ceea ce face ca sistemul să fie uşor de utilizat şi de implementat.
„Pentru noi a fost o adevărată provocare să controlăm mai mulţi roboţi magnetici deodată - la urma urmei, toate piesele magnetice sunt afectate de câmpul magnetic în acelaşi mod”, spune Tianlu Wang, fost cercetător postdoctoral în cadrul Departamentului de inteligenţă fizică de la MPI-IS şi în prezent profesor asistent la Universitatea din Hawaiʻi din Mānoa.
„Lucrarea noastră oferă o soluţie pentru acţionarea multi-robot, îmbunătăţind aplicaţiile în diverse modele de dispozitive robotice moi miniaturale în medii complexe”, adaugă acesta.
Potrivit autorilor, sistemul propus are potenţialul de a deschide căi pentru o gamă largă de aplicaţii biomedicale prin desfăşurarea unui grup de roboţi moi echipaţi cu diverse module funcţionale pentru a ajunge la zonele greu accesibile din adâncul corpului uman pentru terapie ţintită.
Foto articol: Vase de sânge din creier. Sursa imaginii: MPI-IS, noiembrie 2024.
