پژوهشگران دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU) از توسعه یک ربات جراحی فوقالعاده کوچک خبر دادهاند که با وجود ابعاد بسیار محدود خود، میتواند پنج وظیفه پزشکی مختلف را انجام دهد.
به گزارش سرویس رباتیک تکناک، این ربات تنها ۴.۴ میلیمتر طول دارد و به اندازهای کوچک است که روی نوک انگشت انسان قرار میگیرد، اما قابلیتهایی مانند حرکت روی بافتهای نرم، برش بافت، انتقال دارو، نمونهبرداری و تولید گرمای درمانی را در اختیار پزشکان قرار میدهد.
این فناوری جدید یکی از پیشرفتهترین نمونههای رباتیک پزشکی مغناطیسی محسوب میشود؛ حوزهای که در سالهای اخیر توجه گسترده محققان را به خود جلب کرده است. در این فناوری، میدانهای مغناطیسی خارجی وظیفه هدایت و کنترل رباتهای بسیار کوچک را در داخل بدن برعهده دارند. بسیاری از کارشناسان معتقد هستند چنین سامانههایی در آینده میتوانند جایگزین بخشی از جراحیهای کمتهاجمی شوند و امکان دسترسی به نقاط دشوار بدن را بدون نیاز به برشهای بزرگ یا ابزارهای حجیم جراحی فراهم کنند.
یکی از مشکلات اصلی رباتهای پزشکی مغناطیسی تاکنون محدود بودن قابلیتهای آنها بوده است. اغلب این رباتها برای انجام یک مأموریت خاص طراحی میشوند. برای مثال، یک ربات تنها وظیفه انتقال دارو را انجام میدهد و رباتی دیگر برای نمونهبرداری از بافت توسعه مییابد. ترکیب چندین عملکرد در یک سامانه واحد همواره چالش بزرگی برای مهندسان بوده است، چرا که میدان مغناطیسی معمولاً تمام بخشهای ربات را به طور همزمان تحت تأثیر قرار میدهد و کنترل مستقل اجزای مختلف را دشوار میکند.
تیم تحقیقاتی NTU اعلام کرده است که پس از هفت سال تحقیق و توسعه موفق شده است این محدودیت را برطرف کند. «لوم گو ژان»، سرپرست پروژه و از پیشگامان حوزه رباتیک نرم در ابعاد کوچک بیان کرده است که بیشتر رباتهای مغناطیسی موجود تنها یک یا دو عملکرد دارند، اما این سامانه جدید قادر است پنج عملکرد مستقل را در قالب یک ربات جراحی واحد ارائه کند. به گفته او، هدف نهایی این پروژه آن است که پزشکان بتوانند ربات را به نقطه مورد نظر در بدن هدایت نمایند و از آن برای انجام مجموعهای از اقدامات درمانی و تشخیصی استفاده کنند.
هسته اصلی این فناوری را یک ماژول مغناطیسی قابل برنامهریزی مجدد تشکیل میدهد. این ماژول میتواند مغناطیسدار شود، خاصیت مغناطیسی خود را از دست بدهد و سپس در جهت دیگری دوباره مغناطیسدار شود. هر آرایش جدید مغناطیسی، یکی از قابلیتهای ربات را فعال میکند. این ویژگی به ربات اجازه میدهد در کمتر از یک ثانیه بین حالتهای مختلف عملکرد جابهجا شود.
علاوه بر این، پژوهشگران بخشهای مختلف ربات را به گونهای طراحی کردهاند که هر قسمت بتواند واکنش متفاوتی به یک میدان مغناطیسی واحد نشان دهد. در نتیجه، بخشی از ربات فعال میشود، در حالی که سایر قسمتها بدون تغییر باقی میمانند. این سطح از کنترل مستقل یکی از مهمترین نوآوریهای فنی پروژه به حساب میآید.
بدنه ربات از مواد نرم سیلیکونی متداول در حوزه رباتیک نرم، از جمله PDMS و Ecoflex ساخته شده است. درون این مواد نیز ذرات مغناطیسی میکروسکوپی با ابعاد حدود پنج میکرومتر قرار گرفتهاند. پژوهشگران با کنترل دقیق نحوه توزیع و جهتگیری این ذرات توانستهاند ربات را از راه دور و با استفاده از میدانهای مغناطیسی نسبتاً ضعیف کنترل کنند.
این ربات در حالت برش میتواند تیغهای بسیار کوچک را فعال کند و بافتهای زیستی را برش دهد. در حالت نمونهبرداری نیز یک گیره کوچک، نمونههای بافتی را جمعآوری و در خود ذخیره میکند تا بعداً مورد بررسی قرار گیرند. این قابلیت میتواند نمونهبرداری از نواحی دشوار و دور از دسترس بدن را آسانتر کند.
یکی دیگر از قابلیتهای مهم این سامانه، انتقال دارو است. پزشکان میتوانند داروهای مورد نیاز را از قبل در ربات جراحی بارگذاری کنند و سپس آنها را دقیقاً در محل مورد نظر آزاد نمایند. چنین رویکردی میتواند اثربخشی برخی درمانها را افزایش دهد و در عین حال عوارض جانبی ناشی از پخش شدن دارو در سایر بخشهای بدن را کاهش دهد.
چهارمین قابلیت ربات تولید گرمای موضعی است. این ویژگی زمانی فعال میشود که ربات در معرض میدان مغناطیسی متناوب با فرکانس بالا قرار گیرد. پژوهشگران معتقد هستند که این فناوری میتواند در آینده برای درمانهای هایپرترمی مغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد؛ روشی آزمایشی که از گرما برای آسیب رساندن به سلولهای سرطانی و تومورها استفاده میکند.
پنجمین عملکرد ربات نیز توانایی حرکت پیشرفته آن است. بیشتر رباتهای مینیاتوری مغناطیسی دارای پنج درجه آزادی هستند، اما این سامانه یک درجه آزادی اضافی نیز ارائه میدهد. این ربات میتواند حول محور طولی خود بچرخد و با مانورپذیری بیشتری در مسیرهای باریک، لغزنده و پیچیده داخل بدن حرکت کند.
پژوهشگران برای ارزیابی عملکرد این فناوری آزمایشهایی را روی مدلهای بافتی مبتنی بر ژلاتین و کبد مرغ انجام دادند. نتایج نشان داد که ربات توانسته است با موفقیت بافت را برش دهد، ذرات شبیهساز دارو را آزاد کند، نمونهبرداری انجام دهد و گرمای موضعی تولید کند.
بررسیهای زیستسازگاری نیز نتایج امیدوارکنندهای به همراه داشت. بیش از ۹۹ درصد سلولهای پوستی انسان پس از تماس با مواد تشکیلدهنده ربات زنده ماندند. این موضوع نشان میدهد که مواد بهکاررفته در ساخت ربات در شرایط آزمایشگاهی سمیت بسیار پایینی دارند.
با وجود این دستاوردها، فناوری مورد نظر هنوز فاصله زیادی تا استفاده در بیمارستانها دارد. نمونه فعلی تنها در محیط آزمایشگاهی و با استفاده از سامانههای خارجی تولید میدان مغناطیسی کار میکند و هنوز در بدن موجودات زنده مورد آزمایش قرار نگرفته است. با وجود این، پژوهشگران معتقد هستند که این ربات میتواند گامی مهم در مسیر توسعه نسل آینده ابزارهای جراحی و درمانی کمتهاجمی باشد؛ ابزارهایی که شاید در آینده بتوانند تشخیص، درمان، نمونهبرداری و انتقال دارو را همزمان در قالب یک سامانه واحد انجام دهند.
