الروبوتات
قد تعيد الحلول الروبوتية الوظيفة الحيوية للجسم لأولئك الذين يحتاجونها أكثر
الحركة الدودية – حركة عضلية مخفية ولكنها مهمة
Robotic help to alleviate mobility issues are on the rise, notably exoskeletons. For example, we discussed how it تساعد مرضى باركنسون، ويمكن أن توفر أيضًا حركة إضافية لعمال المصانع والمستودعات، or even the military like with the Herowear suit developed with Vanderbuilt University.
المصدر: Herowear
ومع ذلك، ليست كل الحركات المهمة للجسم من الأطراف أو الظهر. الحركة الدودية هي الحركة المموجة للأعضاء الداخلية مثل المريء (الذي يربط الفم بالمعدة) أو الأمعاء.
هذا النوع من الحركة يسرّع نقل السوائل والمواد في الجسم. إنه وظيفة حيوية للهضم ويضمن أيضًا أن الطعام المتناول ينتقل إلى المعدة بدلاً من الرئتين.
يمكن أن تتأثر الحركة الدودية بالأمراض، وخاصة السرطان. العلاج المعتاد هو استخدام أنبوب معدني، مما قد يؤدي إلى انسداد ومشكلات أخرى مهددة للحياة.
قام الباحثون في جامعة فاندربيلت نفسها في ناشفيل، الولايات المتحدة، حيث عمل زملاؤهم على البدلات الخارجية، بإنشاء روبوت مغناطيسي ناعم يمكنه محاكاة الحركة الدودية.
صعود الروبوتات الناعمة
Robots are great at manipulating heavy equipment and performing precise manufacturing. But they are much harder to mix with soft and fragile biological tissues.
لهذا السبب، يبحث الباحثون عن طرق لإنشاء “روبوتات ناعمة”، باستخدام البلاستيك، البوليمرات، الأسلاك المعدنية، أو مكونات أخرى أكثر مرونة.
يجب أن تسمح التصاميم الأكثر نعومة بمفاهيم جديدة، مستوحاة أكثر من الطبيعة، لاستخدامها 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 ربطهم بمصدر طاقة.
- غالبًا ما تكون محدودة ببضع أشكال أو حركات محددة مسبقًا.
- إنهم ثقيلون إلى حد ما.
فكرة لإزالة هذه القيود هي استخدام المغناطيس بدلاً من الأجزاء المعدنية الصلبة. هذا يلغي الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي ويوفر مرونة أكبر وتنوعًا في الأشكال والحركات الممكنة. على سبيل المثال، ناقشنا سابقًا كيف يمكن جعل الجل الناعم مغناطيسيًا لتشغيل مثل هذه الروبوتات.
الحركة الدودية الروبوتية
The Vanderbilt University researchers used a flexible magnetic robotic system to recreate the biological undulation movements of peristalsis.
المصدر: Advanced Functional Materials
يتم تحريك “الروبوت” عبر المغناطيسية، يتم التحكم فيه من خارج الجسم، وهو فائدة إضافية لهذا النظام. بهذه الطريقة، لا يحتاج إلى نظام بطارية داخلي بعد إدخاله في جسم المريض.
يمكن دمج هذا الروبوت المغناطيسي للحركة الدودية في دعامة مريئية، مكررًا حركة المريء البيولوجي.
المصدر: Advanced Functional Materials
استغرق تصنيع هذا الجهاز العديد من الخطوات والتجارب والخطأ للعثور على الطريقة الصحيحة. من بين أمور أخرى، شمل ذلك قطع المادة بالليزر، مغنطتها، تجميعها على شريط بولي إيميد، تغليفها بالهيدروجيل، وربطها بالدعامة السيليكونية (يمكن أيضًا القيام بنفس الأمر مع دعامة معدنية).
المصدر: Advanced Functional Materials
عمل التصميم التجريبي بشكل جيد وكرر آليات الحركة الدودية.
يمكنك رؤيته يعمل في الفيديو أدناه:
التحسينات المستقبلية
أصغر لتطبيقات أكثر
The magnetic soft sheet used in the prototype could be smaller, maybe by using manufacturing techniques like micro-molding.
يمكن أن تكون الورقة الناعمة المغناطيسية المستخدمة في النموذج الأولي أصغر، ربما باستخدام تقنيات تصنيع مثل القوالب الدقيقة.
سيسمح ذلك لهذا التصميم بالوضع في أجزاء أضيق من الجسم. على سبيل المثال، يمكن استخدامه للمساعدة في نقل البويضات البشرية من المبايض عندما تكون وظيفة العضلات في قناتي فالوب متضررة.
يمكن دمج النظام نفسه في دعائم المجرى الهوائي لنقل المخاط الزائد.
المواد
يمكن أن تحتوي الورقة الناعمة المغناطيسية على أنماط دقيقة وطلاء يجعل نقل السوائل والمواد الصلبة أكثر كفاءة.
يمكن أيضًا تحسين المكون المغناطيسي بحيث يمكن استخدام مجال مغناطيسي أقل (حتى وإن كانت شدة المجال المغناطيسي المستخدمة في النموذج الأولي تُعتبر آمنة جدًا).
الأسهم الروبوتية الناعمة أو المغناطيسية
1. Stereotaxis
(STXS )
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 والعلاجات الوعائية الداخلية الأخرى.
إنه الروبوت الوحيد المتاح في هذا القطاع، والذي يختلف عن جراحة المناظير التي تهيمن عليها Intuitive Surgical (ISRG) وروبوتات الجراحة المفتوحة مثل Stryker (SYK – روبوت Mako) وMedtronic (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، تتطلب الطريقة التقليدية لتطبيق القسطرة أشعة سينية، مما يسبب التعرض للإشعاع، خاصةً للطاقم الطبي الذي يجري الإجراء بانتظام. من الظواهر المعروفة أن ذلك يمكن أن يسبب السرطان للأطباء والممرضات الذين يمارسون هذه العمليات.
المصدر: Stereotaxis
الإجراء اليدوي يتطلب أيضًا العديد من المهارات، التي تحتاج إلى تدريب مكلف، وسيكون له 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.
قد تكون سمعتها في توفير إجراءات أكثر أمانًا من المعتاد باستخدام الروبوتات المغناطيسية أيضًا مفتاحًا لإقناع المتخصصين الطبيين بالثقة في الشركة عند تنفيذ الروبوتات المتنقلة في حناجر المرضى أو أنظمتهم التناسلية أو مجاري الهواء.
2. 3D Systems Corporation
(DDD )
قائد صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد هذا انتقل أيضًا إلى الطباعة الحيوية في عام 2017 من خلال تعاون بحثي مع United Therapeutics (UTHR). كما استحوذ على صانع الحبر الحيوي Allevia في عام 2021. وأعلن عن تعاون مع CollPlant Biotechnologies (CLGN) في عام 2020.
يوفر هذا الاستحواذ لشركة 3D Systems تفوقًا في مجال طباعة المواد البيولوجية. وهي حاليًا تبيع 3 نماذج من طابعة Allevi الحيوية.
المصدر: 3D Systems
بصفتها منتجًا متناميًا للأجهزة الطبية والطرفيات المطبوعة ثلاثيًا، ورائدة في الطباعة الحيوية، يمكننا تخيل أن الشركة قد تكون مهتمة بإيجاد تطبيقات جديدة للروبوتات المغناطيسية التي يتم التحكم فيها عن بُعد في التطبيقات الطبية.
لذلك، إذا أصبحت الروبوتات الناعمة طريقة “لإصلاح” الحركة الدودية، يمكننا توقع أن تكون 3D Systems جزءًا من هذه الثورة الطبية وتساعد في طباعة الأجزاء والأدوات ذات الصلة لهذه العلاجات الجديدة.
(استكشفنا مجال الطباعة الحيوية بعمق في مقالتنا “الأعضاء عند الطلب: أفضل أسهم الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد”).
