Solusi Robotik Dapat Mengembalikan Fungsi Vital Tubuh bagi Mereka yang Membutuhkannya Paling

Peristalsis: gerakan otot yang tersembunyi tetapi penting

Perangkat robotik untuk membantu mobilitas terus dikembangkan, termasuk eksoskeleton dan eksosuit. Sebelumnya, kami membahas bagaimana perangkat tersebut dapat membantu berjalan pada pasien Parkinson serta mendukung pekerja pabrik dan gudang . Contoh lain adalah eksosuit HeroWear yang dikembangkan dari riset Universitas Vanderbilt. Perangkat pendukung kerja industri perlu dibedakan dari sistem yang dirancang khusus untuk militer.

Sumber: Herowear

Namun, tidak semua gerakan penting tubuh berasal dari anggota badan atau punggung. Peristalsis adalah gerakan bergelombang pada organ internal seperti esofagus (yang menghubungkan mulut ke lambung) atau usus.

Peristalsis membantu memindahkan makanan, cairan, dan isi saluran pencernaan. Pencegahan makanan masuk ke saluran napas melibatkan koordinasi menelan dan perlindungan jalan napas, bukan peristalsis saja.

Gangguan peristalsis dapat terjadi pada berbagai penyakit. Pada penyempitan esofagus tertentu, termasuk akibat kanker, stent dapat menjaga saluran tetap terbuka. Stent bukan pengobatan untuk semua gangguan gerak, dan sumbatan makanan tetap dapat terjadi.

Peneliti Universitas Vanderbilt di Nashville, Amerika Serikat, mengembangkan pompa robotik lunak yang digerakkan secara magnetik untuk meniru gerakan peristalsis. Penelitian ini berada pada tahap eksperimental.

Kebangkitan Robotika Lunak

Robot industri dapat memindahkan beban berat dan melakukan pekerjaan presisi. Namun, berinteraksi dengan jaringan biologis yang lunak memerlukan desain dan pengendalian berbeda.

Karena alasan ini, para peneliti mencari cara untuk membuat “robot lunak” menggunakan plastik, polimer, kawat logam, atau komponen lain yang lebih fleksibel.

Desain yang lebih lunak memungkinkan penerapan konsep baru yang lebih terinspirasi oleh alam dalam pembuatan robot, seperti yang kami bahas dalam artikel “Bagaimana Robotika Dapat Mengambil Inspirasi dari Alam”.

Namun sistem ini masih mengalami beberapa keterbatasan:

• Sebagian memerlukan selang, kabel, atau sumber daya yang menyulitkan integrasi.
• Pilihan gerak dapat dibatasi oleh desain aktuator.
• Komponen pendukung dapat menambah ukuran dan berat.

Aktuasi magnetik dapat mengurangi kebutuhan baterai atau sambungan pada bagian robot yang ditanamkan. Energinya tetap berasal dari perangkat pembangkit medan magnet di luar tubuh, sehingga bukan berarti tidak memerlukan sumber daya eksternal. Kami sebelumnya membahas bagaimana gel lunak dapat dibuat magnetik untuk menggerakkan robot semacam itu.

Peristalsis Robotik

Tim Vanderbilt menggunakan lembaran lunak bermagnet untuk menghasilkan gerakan bergelombang yang memindahkan cairan kental dan benda padat dalam model saluran tubuh.

Sumber: Advanced Functional Materials

Medan magnet eksternal menggerakkan lembaran tersebut. Hal ini memungkinkan bagian pompa beroperasi tanpa baterai internal, tetapi sistem penggerak di luar tubuh tetap memerlukan energi.

Integrasi pompa diperagakan pada stent esofagus dalam model laboratorium. Hasil ini belum membuktikan keamanan atau manfaat klinis pada pasien.

Sumber: Advanced Functional Materials

Pembuatan prototipe melibatkan pemotongan laser, magnetisasi komponen, perakitan pada pita poliimid, pelapisan hidrogel, serta pemasangan pada stent silikon. Peneliti juga memperagakan integrasi dengan stent logam.

Sumber: Advanced Functional Materials

Dalam pengujian laboratorium, gerakan terkoordinasi memindahkan cairan dan benda padat serta membantu mengurangi sumbatan pada kondisi percobaan.

Anda dapat melihatnya beraksi dalam video di bawah:

Perbaikan di Masa Depan

Lebih Kecil untuk Lebih Banyak Aplikasi

Lembaran lunak bermagnet dapat diperkecil lebih lanjut, misalnya dengan teknik pencetakan mikro.

Ukuran yang lebih kecil mungkin memungkinkan penelitian pada saluran yang lebih sempit, termasuk tuba falopi. Ini merupakan kemungkinan aplikasi, bukan terapi kesuburan yang telah terbukti.

Pemindahan lendir pada perangkat saluran napas juga menjadi kemungkinan penelitian. Keamanan jaringan, penyumbatan, dan pengendalian gerak harus diuji sesuai aplikasinya.

Bahan

Pola mikro dan pelapis permukaan dapat diteliti untuk meningkatkan pengangkutan cairan maupun benda padat.

Perbaikan bahan magnetik dapat mengurangi medan yang dibutuhkan. Kesesuaian medan dalam prototipe tidak sama dengan bukti bahwa semua penggunaan jangka panjang di tubuh aman.

Perusahaan terkait robotika lunak dan magnetik

1. Stereotaxis

Stereotaxis mengembangkan navigasi magnetik robotik untuk mengarahkan kateter. Sistem Genesis RMN terutama digunakan dalam prosedur elektrofisiologi jantung, misalnya ablasi aritmia.

Teknologinya berbeda dari sistem bedah laparoskopi Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) maupun platform ortopedi Stryker (SYK — Mako) dan robot pandu bedah tulang belakang Medtronic (MDT — Mazor). Tidak tepat menyebut seluruh platform tersebut sebagai robot bedah terbuka atau menyatakan hanya ada satu robot di semua bidang ini. Kami membahas perusahaan terkait dalam artikel «Lima saham perusahaan robot bedah».

Navigasi magnetik memungkinkan pengendalian kateter fleksibel dari jarak jauh. Metode ini dapat mengurangi kebutuhan manipulasi manual tertentu, tetapi tetap memerlukan operator terlatih dan tidak menghilangkan seluruh risiko prosedur.

Fluoroskopi sinar-X dapat digunakan dalam prosedur kateter. Paparan radiasi pasien dan petugas harus dibatasi; dosis kumulatif dapat meningkatkan risiko kesehatan, tetapi tidak berarti setiap dokter atau perawat yang melakukan prosedur akan terkena kanker.

Sumber: Stereotaxis

Keahlian operator, pemilihan pasien, dan pelatihan memengaruhi hasil baik pada prosedur manual maupun robotik.

Dalam materi perusahaan, tinjauan literatur yang membandingkan ablasi jantung robotik dengan manual dikaitkan dengan 72% lebih sedikit komplikasi dan 36% lebih rendah paparan radiasi. Angka tersebut bergantung pada studi dan kelompok yang dibandingkan, bukan jaminan untuk setiap pasien atau semua jenis operasi.

Materi historis perusahaan menyebut penggunaan sistem di lebih dari 100 rumah sakit dan lebih dari 100.000 prosedur atau pasien yang ditangani. Angka ini menggambarkan cakupan pada waktu publikasi, bukan jumlah terkini.

Pengalaman dalam navigasi magnetik dapat membuat Stereotaxis relevan untuk memantau perkembangan robotika magnetik. Namun, riset pompa peristaltik Vanderbilt tidak membuktikan keterlibatan komersial perusahaan ini.

Penggunaan di esofagus, sistem reproduksi, atau saluran napas akan memerlukan pengembangan perangkat dan pengujian tersendiri. Keberhasilan navigasi kateter tidak otomatis berlaku pada pompa peristaltik.

2. 3D Systems Corporation

3D Systems mulai berkolaborasi dengan United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) dalam bioprinting pada 2017. Perusahaan mengakuisisi Allevi, pengembang bioprinter, bioink, dan perangkat lunak laboratorium, pada 2021. Perusahaan juga mengumumkan kolaborasi dengan CollPlant Biotechnologies (CLGN) pada tahun 2020 (CLGN ).

Akuisisi tersebut memperluas kegiatan 3D Systems (DDD ) dalam bioprinting. Materi historisnya menampilkan tiga model printer Allevi.

Sumber: 3D Systems

Kemampuan pencetakan perangkat medis dan bioprinting dapat relevan bagi pengembangan komponen robot lunak. Namun, penelitian yang dibahas tidak menunjukkan bahwa 3D Systems telah mengembangkan pompa peristaltik tersebut atau berkomitmen mengomersialkannya.

Jika perangkat seperti ini berhasil dikembangkan menjadi terapi, manufaktur presisi dapat berperan dalam produksinya. Perusahaan yang akan memasok perangkat dan kelayakan komersialnya belum dapat dipastikan.

(Kami membahas bioprinting lebih lanjut dalam artikel «Organ Sesuai Permintaan: Saham Bioprinting 3D Terbaik»).