Робот, вдохновленный ящером, способен выполнять медицинские процедуры в животе

Новый крошечный робот, вдохновленный животным панголином, может проникать в труднодоступные участки человеческого тела для проведения минимально инвазивных медицинских процедур.

Инженеры из Института интеллектуальных систем Макса Планка в Штутгарте, Германия, создали прототип этого мягкого, меняющего форму робота. Робот без привязи может достигать отдаленных частях человеческого тела, таких как желудок и тонкий кишечник. В будущем он позволит проводить безопасные и менее навязчивые медицинские операции.

Магнитные поля для нагрева

Хотя кожа панголина обычно покрыта твердой и жесткой чешуей, эти млекопитающие все равно могут свободно передвигаться, не стесненные перекрывающимися структурами чешуи. Точно так же этот новый робот перемещается внутри человеческого тела, используя конструкцию перекрывающихся чешуек и способность к формоизменению. Перекрывающиеся чешуйки, характерные для робота, были созданы путем лазерной резки металлического листа на масштабные узоры.

“Робот приводится в действие с помощью низкочастотного магнитного поля в целевое место. Применение высокочастотного магнитного поля приводит к Джоулеву нагреву металлических пластин. Затем тепловая энергия может быть использована для взаимодействия с окружающей средой”, – говорится в исследовании.

Тепловая энергия широко используется в ряде медицинских процедур, таких как девитализация и коагуляция. Таким образом, это одна из желательных характеристик, которыми должны обладать роботы без привязи.

Существует несколько способов достижения дистанционного нагрева внутри человеческого тела, включая термохимические, акустические, фототермические и магнитные поля.

“Магнитная активация стала перспективным методом для роботов в биомедицинских приложениях благодаря способности магнитного поля безопасно проникать в человеческие ткани”, – отмечается в исследовании.

Ранее инженеры продемонстрировали использование мягких магнитных роботов на основе твердых металлов для проведения менее инвазивных медицинских процедур. Однако их медицинская польза была минимальной. В результате исследователи разработали этого инновационного робота, который может даже доставлять целевые лекарства.

Лабораторные испытания прототипа робота

Этот робот был протестирован командой в лаборатории. Эксперимент показал, что крошечный робот может успешно нагреваться до 70°C и проводить тепловую обработку целевых тканей.

В будущем команда хочет использовать этого робота в клинических условиях для лечения гипертермией, которая предполагает нагревание ткани для повреждения и уничтожения раковых клеток при незначительном воздействии на окружающие ткани. Он также может быть использован для борьбы с кровотечением в труднодоступных участках тела.

Кроме того, робот также оттачивает некоторые сложные функции, такие как доставка лекарственных грузов или других терапевтических средств на ткани.

“Роботы способны размагничиваться для высвобождения груза в ткани, что в будущем может быть использовано для доставки лекарств”, – отмечают авторы в научной статье.”Хотя необходимы дальнейшие испытания, эта технология потенциально может стать полезным клиническим инструментом для доставки терапевтических грузов и применения тепловой терапии”.

Подробности о прототипе мягкого робота были опубликованы в журнале Nature Communications 20.06.2023. Абстракт исследования:

Беспривязанные магнитные миниатюрные мягкие роботы, способные получать доступ к труднодоступным областям, могут обеспечить безопасные, разрушительные и минимально инвазивные медицинские процедуры. Однако мягкое тело ограничивает интеграцию немагнитных внешних источников стимулов в робот, тем самым ограничивая функциональные возможности таких роботов. Одной из таких функциональных возможностей является локализованная генерация тепла, для повышения эффективности которой требуются твердые металлические материалы. Однако использование этих материалов ставит под угрозу соответствие и безопасность использования мягких роботов. Чтобы преодолеть эти противоречивые требования, мы предлагаем двухслойную конструкцию мягкого робота, вдохновленную панголином. Мы показали, что представленная конструкция достигает нагрева > 70 °C на больших расстояниях > 5 см за короткий промежуток времени <30 с, что позволяет пользователям реализовать локализованный нагрев по требованию в тандеме с возможностями изменения формы. Мы демонстрируем расширенные функциональные возможности роботов, такие как селективное высвобождение груза, размагничивание in situ, гипертермия и уменьшение кровотечения, на тканевых фантомах и тканях ex vivo.