Le capsule di gel magnetico potrebbero far progredire sia la robotica che la medicina

Polimeri magnetici

Prof. Abdon Pena-Francesch, responsabile del BioInspired Materials Lab presso l’Università del Michigan, e il suo team hanno sviluppato un gel con proprietà magnetiche, nonostante sia composto esclusivamente da molecole a base di carbonio. Questo gel magnetico, chiamato ‘TEMPO magnets’, può essere attratto da altri materiali magnetici e rispondere ai campi magnetici. Ciò consente una manipolazione remota del gel. Per esempio, una capsula nello stomaco potrebbe essere diretta a eseguire un intervento chirurgico o a rilasciare un farmaco.

Fonte: University of Michigan

Le proprietà magnetiche di questo gel a base di TEMPO sono più deboli rispetto ai magneti metallici, ma ciò può rappresentare un vantaggio per le applicazioni biomediche e per alcune robotiche morbide. Per esempio, la risonanza magnetica (MRI) potrebbe essere usata in combinazione con questa tecnologia, dove un magnete più forte renderebbe la MRI sostanzialmente cieca. Quindi, in questo caso, la MRI può essere usata per monitorare gli effetti di una capsula medica, se un farmaco è stato rilasciato correttamente e dove, oppure i movimenti di una capsula di gel magnetico nel tratto digestivo.

I prossimi passi

Il prossimo passo di questo specifico progetto sarà rendere questo tipo di gel biodegradabile, consentendo una maggiore tolleranza da parte del corpo umano, nonché la possibilità di usarlo in natura senza preoccuparsi di contaminazione e inquinamento.

Oltre ai gel magnetici, la stampa 3D/fabbricazione additiva dovrebbe anche dare una spinta alla robotica morbida. I materiali a indurimento lento, elastico-plastico offrono buone opzioni per protesi che vanno oltre le soluzioni attuali. Discutiamo di questa crescente connessione tra i campi emergenti della robotica morbida e della stampa 3D nel nostro articolo “Hands Like a Human: New Additive Manufacturing Helps Soft Robotics Go Real”.

Abbiamo anche esaminato l’industria della stampa 3D in generale nell’articolo “Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch”.

Allontanarsi dalla robotica rigida

Al momento, i robot sono diventati silenziosamente una parte importante delle nostre vite. Tuttavia, ciò è stato per lo più limitato al design di bracci robotici industriali pesanti. Più recentemente, droni e robot più piccoli per la consegna o la logistica stanno iniziando a svolgere sempre più compiti e a crescere in importanza anche in ambito bellico. Tuttavia, questi progetti dipendono ancora da sistemi idraulici e da strutture metalliche pesanti.

Fonte: Unsplash

Materiali troppo rigidi limitano le applicazioni per i robot, ad esempio con un raggio di movimento limitato o difficoltà nella manipolazione di oggetti delicati. La natura meccanica e metallica della robotica è stata anche una limitazione importante nella sua implementazione in medicina, come protesi o nanorobot interni.

Robot morbidi

C’è stato un forte sforzo per sviluppare quello che viene chiamato “robot morbido”, utilizzando plastica, polimeri, fili metallici o altri componenti più flessibili. Progettazioni più morbide dovrebbero consentire nuovi concetti, più ispirati alla natura, da utilizzare nella costruzione di un robot, come discusso nel nostro articolo “How Robotics Can Take a Cue From Nature”.

• Devono essere collegati a una fonte di energia.
• Spesso sono limitati a poche forme o movimenti predeterminati.
• Sono piuttosto pesanti.

Fonte: Youtube

Un’idea per rimuovere queste limitazioni è utilizzare magneti al posto di parti metalliche rigide. Questo elimina la necessità di una fonte di energia esterna e offre maggiore flessibilità e diversità di forme e movimenti possibili.

Ma i magneti metallici sono ancora pesanti. Sono anche, nella maggior parte dei casi, tossici in certa misura, rendendo il loro utilizzo nelle applicazioni mediche molto limitato. È un peccato, considerando che l’interazione dei robot con tessuti morbidi e fragili per esigenze mediche è una delle applicazioni più promettenti della robotica morbida.

Tuttavia, nessuna legge della fisica afferma che i magneti debbano necessariamente essere fatti di metallo. Le proprietà magnetiche sono l’unico requisito. E altri materiali possono soddisfare questa esigenza, proprio come i magneti TEMPO.

Azioni robotiche morbide o magnetiche

1. Stereotaxis

Stereotaxis è un leader nella telerobotica medica. Il suo sistema Genesis RMN (Robotic Magnetic Navigation) utilizza campi magnetici per guidare i cateteri nel corpo del paziente. Questo è particolarmente usato nella chirurgia cardiaca e in altri trattamenti endovascolari.

È l’unico robot disponibile in questo settore, che differisce dalla chirurgia laparoscopica, dominata da Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) e dai robot per chirurgia aperta di aziende come Stryker (SYK – robot Mako) e Medtronic (MDT – Mazor robotics). Abbiamo discusso di queste due aziende e altre nel nostro articolo “Top 5 Robotic Surgery Stocks”.

Questo metodo elimina la necessità di cateteri rigidi che dipendono dal controllo manuale e dalla forza dell’operatore, riducendo i rischi di eventi avversi per i pazienti.

Inoltre, il metodo tradizionale per l’implementazione dei cateteri richiede raggi X, che causano esposizione alle radiazioni, soprattutto per il personale medico che esegue regolarmente la procedura. È un fenomeno ben noto che ciò può causare il cancro per medici e infermieri che praticano queste operazioni.

Fonte: Stereoaxis

La procedura manuale richiede anche molte competenze, il che comporta una formazione costosa, e presenterà tassi di successo variabili a seconda dell’operatore e della sua esperienza.

In confronto ai metodi classici, la soluzione di Stereotaxis offre il 72% di complicazioni in meno e il 36% di esposizione alle radiazioni in meno.

L’azienda ha già distribuito il suo sistema in oltre 100 ospedali e ha trattato più di 100.000 pazienti.

Poiché Stereotaxis utilizza già la navigazione magnetica remota per gli interventi chirurgici, è logico che l’azienda si trovi in una posizione privilegiata per abbracciare l’emergere della robotica magnetica organica. E vedere i suoi robot RMN diventare la base per l’implementazione negli ospedali della tecnologia del gel magnetico organico.

2. 3D Systems Corporation

Questo leader dell’industria della stampa 3D è entrato anche nella biostampa nel 2017 con una collaborazione di ricerca con United Therapeutics (UTHR ) (UTHR). Ha inoltre acquisito il produttore di bio-inchiostro Allevia nel 2021. E ha annunciato una collaborazione con CollPlant Biotechnologies (CLGN) nel 2020 (CLGN ).

Questa acquisizione conferisce a 3D Systems (DDD ) un vantaggio nel campo della stampa di materiali biologici. Attualmente commercializza 3 modelli del suo bioprinter Allevi.

Fonte: 3D Systems

Essendo un produttore in crescita di dispositivi medici e protesi stampati in 3D e leader nella biostampa, possiamo immaginare che l’azienda possa essere interessata a trovare nuove applicazioni per il gel magnetico organico controllato a distanza.

Quindi, se la robotica morbida che utilizza il gel magnetico diventerà un’applicazione medica in crescita, possiamo aspettarci che 3D Systems faccia parte di questa rivoluzione medica e aiuti a stampare in 3D gli strumenti pertinenti per queste nuove terapie.

(Abbiamo esplorato in profondità il campo della biostampa nel nostro articolo “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”).

3. Desktop Metal, Inc.

Desktop Metal è un altro grande leader nella stampa 3D, con oltre 650 brevetti, più di 250 materiali possibili e 6.000 clienti. Uno dei suoi principali ambiti di interesse è stato la stampa 3D metallica, un obiettivo a lungo ricercato dall’industria della stampa 3D.

È anche attiva nel settore sanitario, a partire dall’acquisizione della tedesca EnvisionTEC, che include tecnologie per l’odontoiatria. Questo avviene in concomitanza con una partnership strategica con la principale azienda ortodontica Align Technology. (ALGN )

La fusione con EnvisionTEC ha anche aiutato Desktop Metal a sviluppare il suo Desktop Health 3D printer. È più un printer di scaffold che un printer 3D per cellule/interi organi. Tuttavia, se la biostampa dovesse richiedere idrogel o altri polimeri come scaffold permanente, questo rappresenterebbe un forte vantaggio tecnologico per Desktop Health.

Fonte: Desktop Metal

Sebbene l’attenzione sulla biostampa e sulla sanità sia meno forte rispetto a 3D Systems, non è impossibile che Desktop Metal possa essere interessata al potenziale di combinare la stampa 3D con i gel magnetici organici.

4. Soft Robotics

Questa azienda è quotata privatamente e si concentra sullo sviluppo di mGripAI, un robot con una presa morbida per l’industria della trasformazione alimentare, combinato con una visione 3D completa e un sistema AI.

Fonte: Soft Robotics

Puoi anche vederlo in azione in questo video. Sebbene sia poco probabile che entri nel segmento medico, l’azienda potrebbe un giorno essere interessata a una versione non tossica della robotica morbida magnetica per l’implementazione nell’industria alimentare. Questo è particolarmente vero se il gel magnetico organico potrà essere migliorato per diventare biodegradabile.