Robotik
Robotløsninger kan genoprette vitale kropsfunktioner for dem, der har mest brug for det
Peristaltik – En skjult men vigtig muskelmobilitet
Robotic help to alleviate mobility issues are on the rise, notably exoskeletons. For example, we discussed how it can help Parkinson’s disease patients, and could also give extra mobility to factory and warehouse workers, or even the military like with the Herowear suit developed with Vanderbuilt University.
Kilde: Herowear
Dog er ikke alle vigtige bevægelser i kroppen fra lemmerne eller ryggen. Peristaltik er den bølgelignende bevægelse af indre organer som spiserøret (der forbinder munden med maven) eller tarmen.
Denne type bevægelse fremskynder transporten af væsker og væsker i kroppen. Det er en vital funktion for fordøjelsen og sikrer også, at den indtagne mad går ind i maven i stedet for lungerne.
Peristaltik kan blive påvirket af sygdomme, især kræft. Den sædvanlige behandling er at bruge et metalrør, hvilket kan føre til blokering og andre livstruende problemer.
Forskere ved samme Vanderbilt University i Nashville, USA, hvor deres kolleger arbejdede på eksodragter, har skabt en blød magnetisk robot, der i stedet kan efterligne peristaltik.
Stigningen af blød robotteknik
Robotter er fremragende til at manipulere tungt udstyr og udføre præcis fremstilling. Men de er meget sværere at kombinere med bløde og skrøbelige biologiske væv.
Af disse grunde undersøger forskere måder at skabe “bløde robotter” på, ved at bruge plast, polymerer, metaltråde eller andre mere fleksible komponenter.
Blødere designs bør muliggøre nye koncepter, mere inspireret af naturen, der kan bruges ved konstruktion af en robot, som vi diskuterede i vores artikel “Hvordan robotteknik kan tage inspiration fra naturen”.
Men disse systemer lider stadig under nogle begrænsninger:
- De skal være tilsluttet en strømkilde.
- De er ofte begrænset til nogle få forudbestemte former eller bevægelser.
- De er ret tunge.
En idé til at fjerne disse begrænsninger er at bruge magneter i stedet for stive metaldele. Dette fjerner behovet for en ekstern strømkilde og giver mere fleksibilitet og mangfoldighed af mulige former og bevægelser. For eksempel har vi tidligere diskuteret, hvordan bløde geler kan gøres magnetiske for at drive sådanne robotter.
Robotisk peristaltik
Vanderbilt University-forskerne brugte et fleksibelt magnetisk robotsystem til at genskabe de biologiske bølgende bevægelser af peristaltik.
Bevægelsen af “robotten” udføres gennem magnetisme, styret udefra kroppen, en ekstra fordel ved dette system. På denne måde kræver den ikke et internt batterisystem efter at være indsat i patientens krop.
En sådan magnetisk peristaltik-robot kan indarbejdes i en spiserørsstent og efterligne bevægelsen af et biologisk spiserør.
Fremstillingen af denne enhed krævede mange trin og prøv-og-fejl for at finde den rette metode. Blandt andet omfattede det laserskæring af materialet, magnetisering, samling på et polyimidbånd, belægning med hydrogel og binding til silikone-stenten (det samme kan også gøres med en metalstent).
Det eksperimentelle design fungerede godt og replikerede peristaltikkens mekanismer.
Du kan se det i aktion i videoen nedenfor:
Fremtidige forbedringer
Mindre for flere anvendelser
Det magnetiske bløde ark, der blev brugt i prototypen, kunne være mindre, måske ved at anvende fremstillingsteknikker som mikroformning.
Dette ville gøre det muligt for dette design at passe ind i smallere dele af kroppen. For eksempel kunne det bruges til at hjælpe med at transportere menneskelige æg fra æggestokkene, når muskelfunktionen i æggelederne er blevet svækket.
Det samme system kunne integreres i luftvejsstents for at transportere overskydende slim.
Materialer
Det magnetiske bløde ark kunne have mikro-mønstre og belægning, der gør transporten af væsker og faste stoffer mere effektiv.
Den magnetiske komponent kunne også forbedres, så der kan anvendes et lavere magnetfelt (selvom den magnetiske intensitet, der blev brugt i prototypen, betragtes som meget sikker).
Bløde eller magnetiske robotaktier
1. Stereotaxis
(STXS )
Stereotaxis er en førende inden for medicinsk telerobotik. Dets Genesis RMN (Robotic Magnetic Navigation) system bruger magnetfelter til at guide katetre i en patients krop. Dette anvendes især i hjertekirurgi og andre endovaskulære behandlinger.
Det er den eneste tilgængelige robot i denne sektor, som adskiller sig fra laparoskopisk kirurgi, domineret af Intuitive Surgical (ISRG) og åbne kirurgirobotter fra virksomheder som Stryker (SYK – Mako-robot) og Medtronic (MDT – Mazor-robotik). Vi diskuterede disse to virksomheder og andre i vores artikel “Top 5 Robotic Surgery Stocks”.
Denne metode fjerner behovet for stive katetre, der er afhængige af manuel kontrol og operatørkraft, hvilket fører til højere risiko for bivirkninger for patienterne.
Derudover kræver den traditionelle metode til kateterindføring røntgenstråler, som forårsager strålingseksponering, især for det medicinske personale, der udfører proceduren regelmæssigt. Det er et velkendt fænomen, at dette kan forårsage kræft hos læger og sygeplejersker, der udfører disse operationer.
Kilde: Stereotaxis
Den manuelle procedure kræver også mange færdigheder, som kræver dyr træning, og vil have varierende succesrater afhængigt af operatøren og hans erfaring.
I modsætning til de klassiske metoder giver Stereotaxis’ løsning 72 % færre komplikationer og 36 % mindre strålingseksponering.
Virksomheden har allerede implementeret sit system på over 100 hospitaler og behandlet over 100.000 patienter.
Da Stereotaxis allerede bruger fjernmagnetisk navigation til operationer, giver det mening, at virksomheden vil være i en førende position til at omfavne fremkomsten af magnetisk robotteknik.
Dens ry for sikrere end normale procedurer ved brug af magnetisk robotteknik kan også være afgørende for at overbevise medicinske fagfolk om at stole på virksomheden i implementeringen af mobile robotter i patienters hals, reproduktive systemer eller luftveje.
2. 3D Systems Corporation
(DDD )
Denne leder inden for 3D-printindustrien gik også ind i bioprintning i 2017 med et forskningssamarbejde med United Therapeutics (UTHR). Den erhvervede også bio-ink-producenten Allevia i 2021. Og den annoncerede et samarbejde med CollPlant Biotechnologies (CLGN) i 2020.
Denne opkøb giver 3D Systems et forspring inden for udskrivning af biologiske materialer. Den kommercialiserer i øjeblikket 3 modeller af sin Allevi-bioprinter.
Kilde: 3D Systems
Som en voksende producent af 3D-printede medicinske enheder og proteser OG en leder inden for bioprintning, kan vi forestille os, at virksomheden kunne være interesseret i at finde nye anvendelser for fjernstyrede magnetiske robotter i medicinske anvendelser.
Så hvis blød robotteknik bliver en metode til at “reparere” peristaltik, kan vi forvente, at 3D Systems vil være en del af denne medicinske revolution og hjælpe med at 3D-printe de relevante dele og værktøjer til disse nye terapier.
(Vi har udforsket bioprintningsområdet i dybden i vores artikel “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”).
