كبسولات الجل المغناطيسي قد تدفع الروبوتات والطب إلى الأمام

البوليمرات المغناطيسية

Prof. Abdon Pena-Francesch, رئيس مختبر المواد المستوحاة من الطبيعة في جامعة ميتشيغان، وفريقه قد طوروا جلًا بخصائص مغناطيسية – رغم أنه مكوّن بالكامل من جزيئات كربونية. هذا الجل المغناطيسي، المسمى ‘مغناطيسات TEMPO’، يسمح بجذبه إلى مواد مغناطيسية أخرى والاستجابة للحقول المغناطيسية. يمكن أن يتيح ذلك التحكم عن بُعد في الجل. على سبيل المثال، يمكن توجيه كبسولة في المعدة للقيام بعملية جراحية أو توصيل دواء.

الخصائص المغناطيسية لهذا الجل المستند إلى TEMPO أضعف من المغناطيسات المعدنية، لكن ذلك يمكن أن يكون ميزة للتطبيقات الطبية الحيوية وبعض الروبوتات اللينة. على سبيل المثال، يمكن استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) بالتزامن مع هذه التقنية، حيث إن مغناطيسًا أقوى سيجعل الـ MRI عميًا عمليًا. لذا، في هذه الحالة، يمكن استخدام الـ MRI لمراقبة تأثيرات الكبسولة الطبية، إذا تم توصيل الدواء بشكل صحيح وأين، أو حركات كبسولة الجل المغناطيسي في الجهاز الهضمي.

الخطوات التالية

الخطوة التالية لهذا المشروع المحدد ستكون جعل هذا النوع من الجل قابلًا للتحلل الحيوي، مما يسمح بقدرة تحمل أكبر من قبل جسم الإنسان، وكذلك إمكانية استخدامه في الطبيعة دون القلق بشأن التلوث والملوثات.
بالإضافة إلى الجل المغناطيسي،  الطباعة ثلاثية الأبعاد/التصنيع الإضافي يجب أن تكون أيضًا دفعة للروبوتات اللينة. المواد التي تتصلب ببطء وتتمتع بمرونة بلاستيكية توفر خيارات جيدة للأطراف الاصطناعية التي تتجاوز الخيارات الحالية. نناقش هذا الارتباط المتنامي بين مجالات الروبوتات اللينة الناشئة والطباعة ثلاثية الأبعاد في مقالتنا “أيدي كالإنسان: التصنيع الإضافي الجديد يساعد الروبوتات اللينة على أن تصبح واقعية“.
كما نظرنا إلى صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل عام في المقالة “أفضل 10 أسهم للتصنيع الإضافي والطباعة ثلاثية الأبعاد للمراقبة“.

الابتعاد عن الروبوتات الصلبة

في الوقت الحالي، أصبحت الروبوتات جزءًا مهمًا من حياتنا بشكل غير ملحوظ. لكن هذا كان محصورًا في الغالب في تصميم الذراع الروبوتية الصناعية الثقيلة. مؤخرًا، بدأت الطائرات بدون طيار والروبوتات الصغيرة للتوصيل أو اللوجستيات في تولي المزيد من المهام وحتى تزداد أهميتها في الحروب. ومع ذلك، لا تزال هذه التصاميم تعتمد على الأنظمة الهيدروليكية والأنظمة المعدنية الثقيلة.

المواد الصلبة جدًا تقيد تطبيقات الروبوتات، على سبيل المثال، نطاق حركة محدود أو صعوبات في التعامل مع الأشياء الحساسة. الطبيعة الميكانيكية والمعدنية للروبوتات كانت أيضًا قيدًا كبيرًا في تطبيقها في الطب، مثل الأطراف الاصطناعية أو الروبوتات النانوية الداخلية.

الروبوتات اللينة

كان هناك جهد كبير لتطوير ما يُسمى “الروبوت اللين”، باستخدام البلاستيك، البوليمرات، الأسلاك المعدنية، أو مكونات أكثر مرونة. يجب أن تسمح التصاميم الأكثر ليونة بمفاهيم جديدة، مستوحاة أكثر من الطبيعة، تُستخدم عند بناء الروبوت، كما ناقشنا في مقالتنا “كيف يمكن للروبوتات أن تستلهم من الطبيعة“.
لكن هذه الأنظمة لا تزال تعاني من بعض القيود:

• يحتاجون إلى ربط بمصدر طاقة.
• غالبًا ما تكون محدودة ببعض الأشكال أو الحركات المحددة مسبقًا.
• إنهم ثقيلون إلى حد ما.

فكرة لإزالة هذه القيود هي استخدام المغناطيسات بدلاً من الأجزاء المعدنية الصلبة. هذا يلغي الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي ويقدم مرونة أكبر وتنوعًا في الأشكال والحركات الممكنة.
لكن المغناطيسات المعدنية لا تزال ثقيلة. كما أنها، في معظم الأحيان، سامة إلى حد ما، مما يجعل فائدتها في التطبيقات الطبية محدودة جدًا. وهذا مؤسف، نظرًا لأن تفاعل الروبوت مع الأنسجة اللينة والهشة للاحتياجات الطبية هو أحد أكثر التطبيقات واعدة للروبوتات اللينة.
مع ذلك، لا توجد قواعد في الفيزياء تقول إن المغناطيسات يجب أن تكون مصنوعة من المعدن بالضرورة. الخصائص المغناطيسية هي المتطلب الوحيد. ويمكن لمواد أخرى أن تلبي هذا الشرط – مثل مغناطيسات TEMPO.

الأسهم الروبوتية اللينة أو المغناطيسية

1. Stereotaxis

Stereotaxis هي رائدة في مجال الروبوتات الطبية عن بُعد. يستخدم نظام Genesis RMN (الملاحة المغناطيسية الروبوتية) حقولًا مغناطيسية لتوجيه القسطرات داخل جسم المريض. يُستخدم هذا بشكل ملحوظ في جراحة القلب وعلاجات الأوعية الدموية الأخرى.

إنه الروبوت الوحيد المتاح في هذا القطاع، والذي يختلف عن جراحة المنظار، التي يهيمن عليها Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) وروبوتات الجراحة المفتوحة مثل Stryker (SYK – روبوت Mako) و Medtronic (MDT – Mazor robotics). ناقشنا هاتين الشركتين وغيرها في مقالتنا “أفضل 5 أسهم لجراحة الروبوتات“.

تزيل هذه الطريقة الحاجة إلى القسطرات الصلبة التي تعتمد على التحكم اليدوي وقوة المشغل، مما يؤدي إلى مخاطر أعلى لحدوث أحداث سلبية للمرضى.

بالإضافة إلى ذلك، الطريقة التقليدية لتنفيذ القسطرة تتطلب الأشعة السينية، التي تسبب التعرض للإشعاع، خاصةً للكوادر الطبية التي تقوم بالإجراء بانتظام. من الظواهر المعروفة أن ذلك يمكن أن يسبب السرطان للأطباء والممرضين الذين يمارسون هذه العمليات.

الإجراء اليدوي يتطلب أيضًا الكثير من المهارات، مما يستلزم تدريبًا مكلفًا، وسيشهد معدلات نجاح متغيرة اعتمادًا على المشغل وخبرته.

بالمقارنة مع الطرق التقليدية، يوفر حل Stereotaxis انخفاضًا بنسبة 72٪ في المضاعفات و36٪ أقل في التعرض للإشعاع.

قامت الشركة بالفعل بنشر نظامها في أكثر من 100 مستشفى وعالجت أكثر من 100,000 مريض.

نظرًا لأن Stereotaxis تستخدم بالفعل الملاحة المغناطيسية عن بُعد للجراحات، فمن المنطقي أن تكون الشركة في موقع مميز لتبني ظهور الروبوتات المغناطيسية العضوية. ورؤية روبوتات RMN الخاصة بها كأساس لنشر تقنية الجل المغناطيسي العضوي في المستشفيات.

2. 3D Systems Corporation

قائد صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد هذا انتقل أيضًا إلى الطباعة الحيوية في عام 2017 من خلال تعاون بحثي مع United Therapeutics (UTHR ) (UTHR). كما استحوذت على صانع الحبر الحيوي Allevia في عام 2021. وأعلنت عن تعاون مع CollPlant Biotechnologies (CLGN) في عام 2020 (CLGN ).

يمنح هذا الاستحواذ شركة 3D Systems (DDD ) تقدمًا في مجال طباعة المواد الحيوية. وهي حاليًا تسوق 3 نماذج من طابعتها الحيوية Allevi.

باعتبارها منتجًا متناميًا للأجهزة الطبية والطرف الاصطناعي المطبوعة ثلاثيًا، ورائدة في الطباعة الحيوية، يمكننا تخيل أن الشركة قد تكون مهتمة بإيجاد تطبيقات جديدة للجل المغناطيسي العضوي الذي يتم التحكم فيه عن بُعد.
لذا، إذا أصبحت الروبوتات اللينة التي تستخدم الجل المغناطيسي تطبيقًا طبيًا متناميًا، يمكننا توقع أن تكون 3D Systems جزءًا من هذه الثورة الطبية وتساعد في طباعة ثلاثية الأبعاد للأدوات ذات الصلة لهذه العلاجات الجديدة.
(استكشفنا مجال الطباعة الحيوية بعمق في مقالتنا “الأعضاء حسب الطلب: أفضل أسهم للطباعة ثلاثية الأبعاد الحيوية“).

3. Desktop Metal, Inc.

Desktop Metal هي رائدة أخرى كبيرة في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد، تمتلك أكثر من 650 براءة اختراع، وأكثر من 250 مادة محتملة، و6,000 عميل. أحد محاور تركيزها الرئيسية كان الطباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن، وهو هدف سعى إليه قطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد منذ فترة طويلة.

كما أنها نشطة في مجال الرعاية الصحية، بدءًا من الاستحواذ على الشركة الألمانية EnvisionTEC، التي تشمل تقنية رعاية الأسنان. يأتي ذلك بالتزامن مع شراكة استراتيجية مع شركة Align Technology الرائدة في مجال تقويم الأسنان. (ALGN )

ساعد الاندماج مع EnvisionTEC أيضًا Desktop Metal على تطوير طابعة Desktop Health ثلاثية الأبعاد. إنها أكثر من طابعة هياكل داعمة بدلاً من طابعة ثلاثية الأبعاد للخلية الكاملة/العضو. ومع ذلك، إذا تبين أن الطباعة الحيوية تتطلب هيدروجيل أو بوليمرات أخرى كهيكل داعم بشكل دائم، فسيكون ذلك ميزة تقنية قوية لـ Desktop Health.

4. Soft Robotics

هذه الشركة مدرجة بشكل خاص وتركز على تطوير mGripAI، روبوت بقبضة ناعمة لصناعة معالجة الأغذية، مع نظام رؤية ثلاثية الأبعاد كامل ونظام ذكاء اصطناعي.

يمكنك أيضًا مشاهدته في هذا الفيديو. على الرغم من أنه من غير المرجح أن يدخل القطاع الطبي، قد تكون الشركة مهتمة يومًا ما بإصدار غير سام من الروبوتات اللينة المغناطيسية للنشر في صناعة الأغذية. وهذا صحيح بشكل خاص إذا كان بإمكان تحسين الجل المغناطيسي العضوي ليصبح قابلًا للتحلل الحيوي.