Οι Μαγνητικές Κάψουλες Γέλης Θα Μπορούν να Προωθήσουν Τόσο τη Ρομποτική όσο και την Ιατρική

Μαγνητικά Πολυμερή

Prof. Abdon Pena-Francesch, επικεφαλής του BioInspired Materials Lab στο Πανεπιστήμιο του Michigan, και η ομάδα του έχουν αναπτύξει ένα ζέλ με μαγνητικές ιδιότητες — παρά το ότι αποτελείται αποκλειστικά από μοριακό άνθρακα. Αυτό το μαγνητικό ζέλ, που ονομάζεται ‘TEMPO magnets’, μπορεί να έλκεται από άλλα μαγνητικά υλικά και να ανταποκρίνεται σε μαγνητικά πεδία. Αυτό επιτρέπει την απομακρυσμένη χειρισμό του ζέλ. Για παράδειγμα, μια κάψουλα στο στομάχι θα μπορούσε να κατευθυνθεί για να εκτελέσει χειρουργική επέμβαση ή να παραδώσει φάρμακο.

Πηγή: University of Michigan

Οι μαγνητικές ιδιότητες αυτού του ζέλ βασισμένου σε TEMPO είναι πιο αδύναμες από τις μεταλλικές μαγνήτες, αλλά αυτό μπορεί να αποτελεί πλεονέκτημα για βιοϊατρικές εφαρμογές και ορισμένη μαλακή ρομποτική. Για παράδειγμα, το MRI θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με αυτήν την τεχνολογία, όπου ένα ισχυρότερο μαγνήτη θα έκανε το MRI ουσιαστικά τυφλό. Έτσι, σε αυτήν την περίπτωση, το MRI μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παρακολουθεί τις επιδράσεις μιας ιατρικής κάψουλας, αν το φάρμακο χορηγηθεί σωστά και πού, ή τις κινήσεις μιας μαγνητικής κάψουλας ζέλ στο πεπτικό σύστημα.

Τα Επόμενα Βήματα

Το επόμενο βήμα αυτού του συγκεκριμένου έργου θα είναι η βιοδιασπώμενη μετατροπή αυτού του τύπου ζέλ, επιτρέποντας μεγαλύτερη ανεκτικότητα από το ανθρώπινο σώμα, καθώς και τη δυνατότητα χρήσης του στη φύση χωρίς ανησυχίες για μόλυνση και ρύπανση.

Εκτός από τα μαγνητικά ζέλ, 3D printing/additive manufacturing θα πρέπει επίσης να ενισχύσει τη μαλακή ρομποτική. Η αργή σκλήρυνση, ελαστική‑πλαστική προσφέρει καλές επιλογές για προθέματα που ξεπερνούν τις υπάρχουσες επιλογές. Συζητάμε αυτήν την αυξανόμενη σύνδεση μεταξύ των αναδυόμενων πεδίων της μαλακής ρομποτικής και της 3D εκτύπωσης στο άρθρο μας “Hands Like a Human: New Additive Manufacturing Helps Soft Robotics Go Real”.

Επίσης, εξετάσαμε τη βιομηχανία 3D εκτύπωσης γενικότερα στο άρθρο “Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch”.

Απομακρύνοντας την Σκληρή Ρομποτική

Καθώς είναι, τα ρομπότ έχουν αθόρυβα γίνει ένα σημαντικό μέρος της ζωής μας. Ωστόσο, αυτό περιορίζεται κυρίως στον βαριά, βιομηχανικό σχεδιασμό ρομποτικών βραχιόνων. Πιο πρόσφατα, τα drones και τα μικρότερα ρομπότ παράδοσης ή λογιστικής αρχίζουν να αναλαμβάνουν ακόμη περισσότερες εργασίες και να αυξάνουν τη σημασία τους στον πόλεμο. Ωστόσο, αυτά τα σχέδια εξακολουθούν να εξαρτώνται από υδραυλικά και βαριά, μεταλλικά συστήματα.

Πηγή: Unsplash

Τα υπερβολικά στερεά υλικά περιορίζουν τις εφαρμογές των ρομπότ, με, για παράδειγμα, περιορισμένο εύρος κίνησης ή δυσκολίες στη διαχείριση ευαίσθητων αντικειμένων. Η μηχανική και μεταλλική φύση της ρομποτικής αποτελεί επίσης σημαντικό περιορισμό στην υλοποίησή της στην ιατρική, όπως στις προθέσεις ή τα εσωτερικά νανορομπότ.

Μαλακά Ρομπότ

Υπάρχει έντονη προσπάθεια να αναπτυχθεί το λεγόμενο «μαλακό ρομπότ», χρησιμοποιώντας πλαστικά, πολυμερή, μεταλλικά σύρματα ή άλλα πιο ευέλικτα εξαρτήματα. Τα πιο μαλακά σχέδια θα πρέπει να επιτρέπουν νέες έννοιες, πιο εμπνευσμένες από τη φύση, κατά την κατασκευή ενός ρομπότ, όπως συζητήσαμε στο άρθρο μας “How Robotics Can Take a Cue From Nature”.

Αλλά αυτά τα συστήματα εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν μερικούς περιορισμούς:

• Πρέπει να είναι συνδεδεμένα σε πηγή ενέργειας.
• Συχνά περιορίζονται σε λίγα προκαθορισμένα σχήματα ή κινήσεις.
• Είναι μάλλον βαριά.

Πηγή: Youtube

Μια ιδέα για την άρση αυτών των περιορισμών είναι η χρήση μαγνητών αντί στερεών μεταλλικών εξαρτημάτων. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη εξωτερικής πηγής ενέργειας και προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία και ποικιλία πιθανών σχημάτων και κινήσεων.

Ωστόσο, οι μεταλλικοί μαγνήτες παραμένουν βαριές. Επίσης, στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι τοξικοί σε κάποιο βαθμό, περιορίζοντας τη χρησιμότητά τους σε ιατρικές εφαρμογές. Και αυτό είναι λυπηρό, δεδομένου ότι η αλληλεπίδραση ρομπότ με μαλακούς & ευαίσθητους ιστούς για ιατρικές ανάγκες είναι μία από τις πιο υποσχόμενες εφαρμογές της μαλακής ρομποτικής.

Ωστόσο, δεν υπάρχουν φυσικοί νόμοι που να απαιτούν οι μαγνήτες να είναι απαραίτητα κατασκευασμένοι από μέταλλο. Οι μαγνητικές ιδιότητες είναι η μόνη απαίτηση. Και άλλα υλικά μπορούν να ανταποκριθούν — όπως οι μαγνήτες TEMPO.

Μαλακές ή Μαγνητικές Ρομποτικές Μετοχές

1. Stereotaxis

Η Stereotaxis είναι ηγέτης στην ιατρική τηλερομποτική. Το σύστημα Genesis RMN (Robotic Magnetic Navigation) χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για να καθοδηγεί καθετήρες στο σώμα του ασθενούς. Αυτό χρησιμοποιείται κυρίως σε καρδιοχειρουργικές επεμβάσεις και άλλες ενδοαγγειακές θεραπείες.

Είναι το μοναδικό διαθέσιμο ρομπότ σε αυτόν τον τομέα, που διαφέρει από τη λαπαροσκοπική χειρουργική, η οποία κυριαρχείται από την Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) και τα ρομπότ ανοιχτής χειρουργικής όπως της Stryker (SYK – ρομπότ Mako) και της Medtronic (MDT – Mazor robotics). Συζητήσαμε αυτές τις 2 εταιρείες και άλλες στο άρθρο μας “Top 5 Robotic Surgery Stocks”.

Αυτή η μέθοδος εξαλείφει την ανάγκη για στερεούς καθετήρες που βασίζονται σε χειροκίνητο έλεγχο και δύναμη του χειριστή, οδηγώντας σε υψηλότερους κινδύνους ανεπιθύμητων συμβάντων για τους ασθενείς.

Επιπλέον, η παραδοσιακή μέθοδος τοποθέτησης καθετήρων απαιτεί ακτίνες Χ, που προκαλούν έκθεση σε ακτινοβολία, ειδικά για το ιατρικό προσωπικό που εκτελεί τη διαδικασία τακτικά. Είναι γνωστό φαινόμενο ότι αυτό μπορεί να προκαλέσει καρκίνο στους γιατρούς και τις νοσηλεύτριες που ασκούν αυτές τις επεμβάσεις.

Πηγή: Stereoaxis

Η χειροκίνητη διαδικασία απαιτεί επίσης πολλές δεξιότητες, που συνεπάγονται δαπανηρή εκπαίδευση, και παρουσιάζει μεταβλητά ποσοστά επιτυχίας ανάλογα με τον χειριστή και την εμπειρία του.

Σε αντίθεση με τις κλασικές μεθόδους, η λύση της Stereotaxis προσφέρει 72% λιγότερες επιπλοκές και 36% λιγότερη έκθεση σε ακτινοβολία.

Η εταιρεία έχει ήδη εγκαταστήσει το σύστημά της σε πάνω από 100 νοσοκομεία και έχει θεραπεύσει πάνω από 100.000 ασθενείς.

Καθώς η Stereotaxis χρησιμοποιεί ήδη απομακρυσμένη μαγνητική πλοήγηση για χειρουργικές επεμβάσεις, είναι λογικό ότι η εταιρεία θα βρίσκεται σε προνομιακή θέση για να αγκαλιάσει την εμφάνιση των οργανικών μαγνητικών ρομπότ. Και να δει τα ρομπότ RMN της ως τη βάση για την υλοποίηση στα νοσοκομεία της τεχνολογίας του μαγνητικού οργανικού ζέλ.

2. 3D Systems Corporation

Αυτός ο ηγέτης της βιομηχανίας 3D εκτύπωσης έχει επίσης μεταβεί στη βιοεκτύπωση το 2017 με ερευνητική συνεργασία με την United Therapeutics (UTHR ) (UTHR). Απέκτησε επίσης τον κατασκευαστή βιο-μελάνης Allevia το 2021. Και ανακοίνωσε συνεργασία με την CollPlant Biotechnologies (CLGN ) (CLGN) το 2020.

Αυτή η εξαγορά δίνει στην 3D Systems (DDD ) προβάδισμα στον τομέα της εκτύπωσης βιολογικών υλικών. Προς το παρόν εμπορεύεται 3 μοντέλα του βιοεκτυπωτή Allevi.

Πηγή: 3D Systems

Ως αναπτυσσόμενος παραγωγός 3D-εκτυπωμένων ιατρικών συσκευών και προσθετικών, ΚΑΙ ηγέτης στη βιοεκτύπωση, μπορούμε να φανταστούμε ότι η εταιρεία θα μπορούσε να ενδιαφέρεται για την εύρεση νέων εφαρμογών για απομακρυσμένα ελεγχόμενο οργανικό μαγνητικό ζέλ.

Έτσι, εάν η μαλακή ρομποτική που χρησιμοποιεί μαγνητικό ζέλ γίνει μια αυξανόμενη ιατρική εφαρμογή, μπορούμε να περιμένουμε ότι η 3D Systems θα είναι μέρος αυτής της ιατρικής επανάστασης και θα βοηθήσει στην 3D εκτύπωση των σχετικών εργαλείων για αυτές τις νέες θεραπείες.

(Εξερευνήσαμε σε βάθος το πεδίο της βιοεκτύπωσης στο άρθρο “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”).

3. Desktop Metal, Inc.

Η Desktop Metal είναι ένας άλλος μεγάλος ηγέτης στην 3D εκτύπωση, με πάνω από 650 πατέντες, πάνω από 250 πιθανά υλικά και 6.000 πελάτες. Ένα από τα κύρια σημεία εστίασής της είναι η μεταλλική 3D εκτύπωση, ένας στόχος που επιδιώκει εδώ και καιρό η βιομηχανία 3D εκτύπωσης.

Επίσης, δραστηριοποιείται στον τομέα της υγείας, ξεκινώντας από την εξαγορά της γερμανικής EnvisionTEC, η οποία περιλαμβάνει τεχνολογία οδοντιατρικής φροντίδας. Αυτό συμβαδίζει με μια στρατηγική συνεργασία με την κορυφαία ορθοδοντική εταιρεία Align Technology (ALGN ).

Η συγχώνευση με την EnvisionTEC βοήθησε επίσης την Desktop Metal να αναπτύξει τον εκτυπωτή Desktop Health 3D. Πρόκειται περισσότερο για εκτυπωτή σκελετού παρά για πλήρη εκτύπωση κυττάρων/οργάνων. Ωστόσο, εάν η βιοεκτύπωση απαιτήσει μόνιμα υδρογέλη ή άλλα πολυμερή ως σκελετό, αυτό θα αποτελεί ισχυρό τεχνολογικό πλεονέκτημα για το Desktop Health.

Πηγή: Desktop Metal

Παρόλο που η εστίαση στη βιοεκτύπωση και την υγειονομική περίθαλψη είναι λιγότερο έντονη από ό,τι στην 3D Systems, δεν είναι αδύνατο ότι η Desktop Metal θα μπορούσε επίσης να ενδιαφερθεί για το δυναμικό του συνδυασμού 3D εκτύπωσης και οργανικών μαγνητικών ζελών.

4. Soft Robotics

Αυτή η εταιρεία είναι ιδιωτική και εστιάζει στην ανάπτυξη του mGripAI, ενός ρομπότ με μαλακό κράτημα για τη βιομηχανία επεξεργασίας τροφίμων, συνδυασμένο με πλήρη 3D όραση και σύστημα AI.

Πηγή: Soft Robotics

Μπορείτε επίσης να το δείτε σε δράση σε αυτό το βίντεο. Αν και είναι απίθανο να εισέλθει στον ιατρικό τομέα, η εταιρεία ίσως κάποια μέρα να ενδιαφερθεί για μια μη τοξική έκδοση μαγνητικής μαλακής ρομποτικής για χρήση στη βιομηχανία τροφίμων. Αυτό είναι ιδιαίτερα αληθές εάν το οργανικό μαγνητικό ζέλ μπορεί να βελτιωθεί ώστε να γίνει βιοδιασπώμενο.