로보틱스
로봇 솔루션이 가장 필요로 하는 사람들의 중요한 신체 기능을 회복시킬 수 있습니다
연동운동 – 숨겨져 있지만 중요한 근육 움직임
로봇을 이용한 이동성 문제 완화가 증가하고 있으며, 특히 외골격이 주목받고 있습니다. 예를 들어, 우리는 그것이 파킨슨병 환자를 돕고, 공장 및 창고 작업자에게 추가적인 이동성을 제공할 수 있으며, 혹은 Vanderbilt University와 공동 개발한 Herowear 슈트처럼 군대에도 활용될 수 있습니다.
출처: Herowear
하지만 신체의 모든 중요한 움직임이 사지나 등에서 일어나는 것은 아닙니다.
연동운동은 식도(입과 위를 연결)나 장과 같은 내부 장기의 파동 같은 움직임을 말합니다.
이러한 움직임은 체내 액체와 유체의 이동을 빠르게 하며, 소화에 필수적인 기능이고 섭취한 음식이 폐가 아니라 위로 들어가도록 보장합니다.
연동운동은 질병, 특히 암에 의해 손상될 수 있습니다. 일반적인 치료법은 금속 튜브를 사용하는 것이며, 이는 막힘 및 기타 생명을 위협하는 문제를 초래할 수 있습니다.
미국 내슈빌에 있는 같은 Vanderbilt University의 연구원들은, 외골격을 연구하던 동료들이 있던 곳에서, 연동운동을 모방할 수 있는 연성 자기 로봇을 만들었습니다.
연성 로봇공학의 부상
로봇은 무거운 장비를 조작하고 정밀한 제조를 수행하는 데 뛰어나지만, 부드럽고 연약한 생물학적 조직과 결합하기는 훨씬 어렵습니다.
이러한 이유로 연구자들은 플라스틱, 폴리머, 금속 와이어 또는 기타 보다 유연한 부품을 사용해 ‘연성 로봇’을 만드는 방법을 모색하고 있습니다.
보다 부드러운 설계는 로봇을 만들 때 자연에서 영감을 받은 새로운 개념을 적용할 수 있게 해줄 것이며, 이는 우리가 “How Robotics Can Take a Cue From Nature” 기사에서 논의한 바 있습니다.
하지만 이러한 시스템은 여전히 몇 가지 제한점이 있습니다:
- 전원에 연결되어 있어야 합니다.
- 대부분 미리 정해진 몇 가지 형태나 움직임에만 제한됩니다.
- 무게가 꽤 무겁습니다.
이러한 제한을 없애는 한 가지 아이디어는 강직한 금속 부품 대신 자석을 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 외부 전원 공급이 필요 없으며 가능한 형태와 움직임의 다양성과 유연성이 향상됩니다. 예를 들어, 우리는 이전에 연성 겔을 자성화하여 이러한 로봇에 전력을 공급할 수 있는 방법에 대해 논의했습니다.
로봇 연동운동
Vanderbilt University 연구원들은 유연한 자기 로봇 시스템을 사용해 연동운동의 생물학적 파동 움직임을 재현했습니다.
‘로봇’의 움직임은 자기장을 통해 이루어지며, 몸 밖에서 제어됩니다. 이는 시스템의 추가적인 장점입니다. 이렇게 하면 환자 몸에 삽입된 후 내부 배터리 시스템이 필요하지 않습니다.
이러한 자기 연동운동 로봇은 식도 스텐트에 통합되어 생물학적 식도의 움직임을 재현할 수 있습니다.
이 장치를 제조하는 데는 올바른 방법을 찾기 위해 많은 단계와 시행착오가 필요했습니다. 구체적으로는 재료를 레이저 절단하고, 자화한 뒤, 폴리이미드 테이프에 조립하고, 하이드로겔로 코팅한 후 실리콘 스텐트에 접착했습니다(금속 스텐트에도 동일하게 적용할 수 있습니다).
실험 설계는 잘 작동했으며 연동운동 메커니즘을 재현했습니다.
아래 비디오에서 작동 모습을 확인할 수 있습니다:
향후 개선점
더 작은 크기로 다양한 적용
프로토타입에 사용된 자기 연성 시트를 마이크로 몰딩과 같은 제조 기술을 활용해 더 작게 만들 수 있습니다.
이렇게 하면 설계가 신체의 더 좁은 부위에 들어갈 수 있습니다. 예를 들어, 난관의 근육 기능이 손상된 경우 난소에서 인간 난자를 운반하는 데 활용될 수 있습니다.
같은 시스템을 기도 스텐트에 통합해 과도한 점액을 운반하도록 할 수도 있습니다.
재료
자기 연성 시트에 미세 패턴과 코팅을 적용하면 액체와 고체의 운반 효율을 높일 수 있습니다.
자기 부품을 개선해 더 낮은 자기장을 사용할 수 있도록 할 수도 있습니다(프로토타입에 사용된 자기 강도는 매우 안전한 것으로 간주됩니다).
연성 또는 자기 로봇 주식
1. Stereotaxis
(STXS )
Stereotaxis는 의료 원격 로봇 분야의 선두주자입니다. 그들의 Genesis RMN(로봇 자기 내비게이션) 시스템은 환자 몸 안에서 카테터를 안내하기 위해 자기장을 사용합니다. 이는 특히 심장 수술 및 기타 혈관 내 치료에 사용됩니다.
이 분야에서 사용 가능한 유일한 로봇이며, 이는 내시경 수술이 Intuitive Surgical(ISRG)과 같은 기업이 주도하고, Stryker(SYK – Mako 로봇)와 Medtronic(MDT – Mazor 로봇)과 같은 기업이 제공하는 개방형 수술 로봇과는 차별됩니다. 우리는 이 두 회사와 기타 기업들을 “Top 5 Robotic Surgery Stocks” 기사에서 논의했습니다.
이 방법은 수동 제어와 운영자 힘에 의존하는 강직한 카테터가 필요 없게 하여 환자에게 부작용 위험을 높이는 것을 감소시킵니다.
또한, 전통적인 카테터 삽입 방법은 X-레이를 필요로 하며, 이는 특히 시술을 정기적으로 수행하는 의료진에게 방사선 노출을 초래합니다. 이는 해당 작업을 수행하는 의사와 간호사에게 암을 유발할 수 있다는 잘 알려진 현상입니다.
출처: Stereotaxis
수동 절차는 많은 기술을 필요로 하며, 이는 비용이 많이 드는 교육을 요구하고, 운영자와 그의 경험에 따라 성공률이 달라집니다.
전통적인 방법과 비교했을 때, Stereotaxis의 솔루션은 합병증을 72% 감소시키고 방사선 노출을 36% 줄입니다.
이 회사는 이미 100개 이상의 병원에 시스템을 도입했으며 100,000명 이상의 환자를 치료했습니다.
Stereotaxis가 이미 원격 자기 내비게이션을 수술에 사용하고 있기 때문에, 이 회사는 자기 로봇공학의 등장에 주도적으로 대응할 수 있는 유리한 위치에 있을 것입니다.
자기 로봇을 이용한 일반보다 안전한 절차에 대한 평판은 의료 전문가들이 환자의 목, 생식 시스템 또는 기도에 모바일 로봇을 적용하는 데 회사를 신뢰하도록 설득하는 핵심이 될 수 있습니다.
2. 3D Systems Corporation
(DDD )
3D 프린팅 산업의 선두주자인 이 회사는 2017년 United Therapeutics(UTHR)와의 연구 협력을 통해 바이오프린팅 분야에도 진출했습니다. 2021년에는 바이오 잉크 제조업체 Allevia를 인수했습니다. 그리고 2020년에 CollPlant Biotechnologies(CLGN)와의 협업을 발표했습니다.
이 인수로 3D Systems는 생물학적 재료 프린팅 분야에서 선두 위치를 확보했습니다. 현재 Allevi 바이오프린터의 3가지 모델을 상용화하고 있습니다.
출처: 3D Systems
3D 프린팅 의료 기기와 보철물을 생산하는 기업이자 바이오프린팅 분야의 선두주자로서, 이 회사가 의료 분야에서 원격 제어 자기 로봇의 새로운 적용을 모색할 가능성이 있다고 생각합니다.
따라서 연성 로봇공학이 연동운동을 ‘복구’하는 방법이 된다면, 3D Systems가 이 의료 혁명의 일환이 되어 새로운 치료를 위한 관련 부품 및 도구를 3D 프린트하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.
(우리는 바이오프린팅 분야를 심도 있게 탐구한 기사 “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”).
