Robotiikka
Robottiratkaisut voivat palauttaa elintärkeän kehon toiminnon niille, jotka sitä eniten tarvitsevat
Peristalti – Piilotettu mutta tärkeä lihasliike
Robottien avulla liikkumisongelmien lievittäminen on kasvussa, erityisesti ekso‑skeletit. Esimerkiksi keskustelimme siitä, miten se voi auttaa Parkinsonin tautia sairastavia potilaita ja voisi myös antaa lisäliikkuvuutta tehdas- ja varastotyöntekijöille, tai jopa sotilaille, kuten Herowear-puku, joka on kehitetty Vanderbiltin yliopistossa.
Lähde: Herowear
Kuitenkin kaikki tärkeät kehon liikkeet eivät tule raajoista tai selästä. Peristalti on aaltoileva liike sisäelimissä, kuten ruokatorvessa (joka yhdistää suun vatsaan) tai suolistossa.
Tämä liike nopeuttaa nesteiden ja nesteiden kuljetusta kehossa. Se on elintärkeä ruoansulatuksen toiminto ja varmistaa myös, että nautitun ruoan kulkeutuu vatsaan keuhkojen sijaan.
Peristalti voi heikentyä sairauksien, erityisesti syövän, takia. Yleinen hoito on metallisen putken käyttö, mikä voi johtaa tukkeutumiseen ja muihin henkeä uhkaaviin ongelmiin.
Tutkijat samassa Vanderbiltin yliopistossa Nashville, USA, jossa heidän kollegansa työskentelivät ekso‑pukujen parissa, ovat luoneet pehmeän magneettisen robotin, joka voisi jäljitellä peristaltia.
Pehmeiden robottien nousu
Robotit ovat erinomaisia raskaiden laitteiden käsittelyssä ja tarkassa valmistuksessa. Mutta niiden yhdistäminen pehmeisiin ja hauraisiin biologisiin kudoksiin on paljon vaikeampaa.
Näistä syistä tutkijat etsivät tapoja luoda “pehmeitä robotteja”, käyttäen muoveja, polymeereja, metallilankoja tai muita joustavampia komponentteja.
Pehmeämmät suunnitelmat mahdollistavat uusia, luonnosta inspiroituja konsepteja robotin rakentamisessa, kuten keskustelimme artikkelissamme “Miten robotit voivat ottaa vihjeen luonnosta”.
Mutta nämä järjestelmät kärsivät edelleen muutamista rajoituksista:
- Niiden täytyy olla kytkettynä virtalähteeseen.
- Ne ovat usein rajoitettuja muutamaan ennalta määriteltyyn muotoon tai liikkeeseen.
- Ne ovat melko raskaita.
Idea näiden rajoitusten poistamiseksi on käyttää magneetteja jäykän metalliosan sijaan. Tämä poistaa ulkoisen virtalähteen tarpeen ja tarjoaa enemmän joustavuutta ja monimuotoisuutta mahdollisissa muodoissa ja liikkeissä. Esimerkiksi keskustelimme aiemmin siitä, miten pehmeät geelit voitaisiin tehdä magneettisiksi tällaisten robottien voimanlähteeksi.
Robottinen peristalti
Vanderbiltin yliopiston tutkijat käyttivät joustavaa magneettista robottijärjestelmää luodakseen peristaltiin biologiset aaltoilevat liikkeet.
Robotin liike tapahtuu magneettisuuden avulla, jota ohjataan kehon ulkopuolelta, mikä on ylimääräinen etu tälle järjestelmälle. Näin se ei tarvitse sisäistä akkujärjestelmää sen jälkeen, kun se on asetettu potilaan kehoon.
Tällainen magneettinen peristalti‑robotti voidaan sisällyttää ruokatorven stentiin, jäljitellen biologisen ruokatorven liikettä.
Tämän laitteen valmistus vaati monia vaiheita ja kokeiluja oikean menetelmän löytämiseksi. Muun muassa se sisälsi materiaalin laserleikkauksen, magneettisen käsittelyn, kokoamisen polyimidinauhalle, hydrogeelikerroksen lisäämisen ja kiinnittämisen piistentiin (samaa voidaan tehdä myös metallistentiin).
Kokeellinen suunnittelu toimi hyvin ja kopioi peristaltiin mekanismit.
Voit nähdä sen toiminnassa alla olevassa videossa:
Tulevaisuuden parannukset
Pienempi useampiin sovelluksiin
Prototyypissä käytettyä magneettista pehmeää levyä voitaisiin pienentää, esimerkiksi käyttämällä valmistustekniikoita kuten mikromuovailua.
Tämä mahdollistaisi suunnittelun sopivan kapeampiin kehon osiin. Esimerkiksi sitä voitaisiin käyttää auttamaan ihmisen munien kuljetusta munasarjoista, kun munanjohtimien lihastoiminta on heikentynyt.
Sama järjestelmä voitaisiin integroida hengitystie‑stenteihin ylimääräisen liman kuljettamista varten.
Materiaalit
Magneettisessa pehmeässä levyssä voisi olla mikropatternit ja pinnoite, jotka tekevät nesteiden ja kiinteiden aineiden kuljetuksesta tehokkaampaa.
Magneettista komponenttia voitaisiin myös parantaa, jotta voitaisiin käyttää heikompaa magneettikenttää (vaikka prototyypissä käytetty magneettivahvuus katsotaan erittäin turvalliseksi).
Pehmeät tai magneettiset robottiosakkeet
1. Stereotaxis
(STXS )
Stereotaxis on lääketieteellisen telerobotisaamisen johtaja. Sen Genesis RMN (Robottinen magneettinen navigointi) -järjestelmä käyttää magneettikenttiä ohjaamaan katetreja potilaan kehossa. Tätä käytetään erityisesti sydänkirurgiassa ja muissa endovaskulaarisissa hoidoissa.
Se on ainoa saatavilla oleva robotti tällä alalla, mikä eroaa laparoskooppisesta kirurgiasta, jota hallitsevat Intuitive Surgical (ISRG) ja avoimen kirurgian robotit, kuten Stryker (SYK – Mako‑robotti) ja Medtronic (MDT – Mazor‑robotit). Keskustelimme näistä kahdesta yrityksestä ja muista artikkelissamme “Top 5 Robottikirurgian osakkeet”.
Tämä menetelmä poistaa jäykkojen katetrien tarpeen, jotka perustuvat manuaaliseen ohjaukseen ja operaattorin voimaan, mikä johtaa suurempiin riskeihin haittatapahtumille potilailla.
Lisäksi perinteinen katetrin asennusmenetelmä vaatii röntgenkuvia, jotka aiheuttavat säteilyaltistusta, erityisesti säännöllisesti toimenpiteitä suorittavalle lääketieteelliselle henkilökunnalle. On hyvin tunnettu ilmiö, että tämä voi aiheuttaa syöpää lääkäreille ja sairaanhoitajille, jotka harjoittavat näitä toimenpiteitä.
Lähde: Stereotaxis
Manuaalinen toimenpide vaatii myös monia taitoja, jotka edellyttävät kalliita koulutuksia, ja sen onnistumisprosentti vaihtelee operaattorin ja hänen kokemuksensa mukaan.
Perinteisiin menetelmiin verrattuna Stereotaxisin ratkaisu tuottaa 72 % vähemmän komplikaatioita ja 36 % vähemmän säteilyaltistusta.
Yritys on jo asentanut järjestelmänsä yli 100 sairaalaan ja hoitanut yli 100 000 potilasta.
Koska Stereotaxis käyttää jo etämagnetista navigointia leikkauksissa, on järkevää, että yritys on erinomaisessa asemassa omaksuakseen magneettisten robottien nousun.
Sen maine turvallisemmista kuin tavallisista toimenpiteistä magneettisten robottien avulla voi myös olla avainasemassa vakuuttamaan terveydenhuollon ammattilaiset luottamaan yritykseen mobiilirobottien käyttöönotossa potilaiden kurkkuun, lisääntymisjärjestelmiin tai hengitysteihin.
2. 3D Systems Corporation
(DDD )
Tämä 3D-tulostusteollisuuden johtaja on siirtynyt myös biotulostukseen vuonna 2017 tutkimusyhteistyön kautta United Therapeuticsin (UTHR) kanssa. Se myös hankki bio‑tulostusmateriaalien valmistajan Allevian vuonna 2021. Ja se ilmoitti yhteistyöstä CollPlant Biotechnologiesin (CLGN) kanssa vuonna 2020.
Tämä yritysosto antaa 3D Systemsille etulyöntiaseman biologisten materiaalien tulostuksen alalla. Se kaupallistaa tällä hetkellä kolmea mallia Allevi‑bioprinteristaan.
Lähde: 3D Systems
Kasvavana 3D‑tulostettujen lääkinnällisten laitteiden ja proteesien tuottajana sekä biotulostuksen johtajana voimme kuvitella, että yritys voisi olla kiinnostunut löytämään uusia sovelluksia etäohjattaville magneettisille roboteille lääketieteellisissä sovelluksissa.
Jos pehmeä robotiikka kehittyy menetelmäksi peristaltiin “korjaamiseen”, voimme odottaa 3D Systemsin olevan osa tätä lääketieteellistä vallankumousta ja auttavan 3D‑tulostamaan olennaiset osat ja työkalut näihin uusiin hoitoihin.
(Tutkimme biotulostuksen alaa perusteellisesti artikkelissamme “Elimet tilauksesta: Parhaat 3D‑bioprinttausosakkeet”).
