Magnetiske gelkapsler kan fremme både robotikk og medisin

Magnetiske polymerer

Prof. Abdon Pena-Francesch, leder av BioInspired Materials Lab ved University of Michigan, og teamet hans har utviklet en gel med magnetiske egenskaper – til tross for at den kun består av karbonbaserte molekyler. Denne magnetiske gelen, kalt ‘TEMPO-magneter’, gjør at den kan tiltrekkes av andre magnetiske materialer og reagere på magnetfelt. Dette kan tillate fjernstyrt manipulering av gelen. For eksempel kan en kapsel i magen styres til å utføre kirurgi eller levere medisin.

Kilde: University of Michigan

De magnetiske egenskapene til denne TEMPO-baserte gelen er svakere enn metallbaserte magneter, men dette kan være en fordel for biomedisinske applikasjoner og enkelte myke robotikk. For eksempel kan MR brukes i kombinasjon med denne teknologien, hvor en sterkere magnet ville gjort MR-en i bunn og grunn blind. Så i dette tilfellet kan MR brukes til å overvåke effektene av en medisinsk kapsel, om et legemiddel ble levert riktig og hvor, eller bevegelsene til en magnetisk gelkapsel i fordøyelseskanalen.

Neste steg

Det neste steget i dette spesifikke prosjektet vil være å gjøre denne typen gel biologisk nedbrytbar, noe som gir større toleranse i menneskekroppen, samt muligheten til å bruke den i naturen uten bekymring for forurensning og forurensing.

I tillegg til magnetiske geléer, 3D‑utskrift/additiv produksjon bør også gi et løft for myke robotikk. Langsomherdende, elastisk‑plastisk gir gode alternativer for proteser som går utover de eksisterende alternativene. Vi diskuterer denne voksende forbindelsen mellom de fremvoksende feltene myk robotikk og 3D‑utskrift i vår artikkel “Hands Like a Human: New Additive Manufacturing Helps Soft Robotics Go Real”.

Vi så også på 3D‑utskriftsindustrien generelt i artikkelen “Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch”.

Bevege seg bort fra hard robotikk

Per i dag har roboter diskret blitt en viktig del av livene våre. Men dette har hovedsakelig vært begrenset til tunge, industrielle robotarmdesign. Nylig har droner og mindre leverings‑ eller logistikkroboter begynt å overta enda flere oppgaver og også vokse i betydning i krigføring. Imidlertid er disse designene fortsatt avhengige av hydraulikk og tunge, metallbaserte systemer.

Kilde: Unsplash

For stive materialer begrenser bruksområdene for roboter, for eksempel med begrenset bevegelsesområde eller vanskeligheter med å håndtere skjøre gjenstander. Den mekaniske og metalliske naturen til robotikk har også vært en stor begrensning i implementeringen i medisin, som proteser eller interne nanoroboter.

Myke roboter

Det har vært en sterk innsats for å utvikle en såkalt «myk robot», ved bruk av plast, polymerer, metalltråder eller andre mer fleksible komponenter. Mykere design bør tillate nye konsepter, mer inspirert av naturen, når man bygger en robot, som vi diskuterte i vår artikkel “How Robotics Can Take a Cue From Nature”.

• De må være koblet til en strømkilde.
• De er ofte begrenset til noen få forhåndsbestemte former eller bevegelser.
• De er ganske tunge.

Kilde: Youtube

En idé for å fjerne disse begrensningene er å bruke magneter i stedet for stive metalldeler. Dette fjerner behovet for en ekstern strømkilde og gir mer fleksibilitet og mangfold av mulige former og bevegelser.

Men metalliske magneter er fortsatt tunge. De er også, for det meste, i noen grad giftige, noe som gjør deres nytte i medisinske applikasjoner svært begrenset. Og det er synd, siden robotinteraksjon med mykt og skjør vev for medisinske behov er en av de mest lovende anvendelsene av myk robotikk.

Imidlertid sier ingen fysiske lover at magneter nødvendigvis må være laget av metall. Magnetiske egenskaper er det eneste kravet. Og andre materialer kan oppfylle dette – akkurat som TEMPO-magneter.

Myke eller magnetiske robotikkaksjer

1. Stereotaxis

Stereotaxis er en leder innen medisinsk telerobotikk. Dets Genesis RMN (Robotic Magnetic Navigation)-system bruker magnetfelt for å styre katetre i en pasients kropp. Dette brukes spesielt i hjertekirurgi og andre endovaskulære behandlinger.

Det er den eneste tilgjengelige roboten i denne sektoren, som skiller seg fra laparoskopisk kirurgi, dominert av Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) og åpne kirurgiroboter fra selskaper som Stryker (SYK – Mako-robot) og Medtronic (MDT – Mazor-robotikk). Vi diskuterte disse to selskapene og andre i vår artikkel “Top 5 Robotic Surgery Stocks”.

Denne metoden fjerner behovet for stive katetre som er avhengige av manuell kontroll og operatørkraft, noe som fører til høyere risiko for bivirkninger for pasientene.

I tillegg krever den tradisjonelle metoden for kateterinnsetting røntgen, som medfører strålingseksponering, spesielt for medisinsk personale som utfører prosedyren jevnlig. Det er et velkjent fenomen at dette kan forårsake kreft hos leger og sykepleiere som praktiserer disse operasjonene.

Kilde: Stereoaxis

Den manuelle prosedyren krever også mye ferdigheter, noe som krever kostbar opplæring, og vil ha varierende suksessrater avhengig av operatøren og hans erfaring.

I kontrast til de klassiske metodene gir Stereotaxis’ løsning 72 % færre komplikasjoner og 36 % mindre strålingseksponering.

Selskapet har allerede distribuert sitt system til over 100 sykehus og behandlet over 100 000 pasienter.

Ettersom Stereotaxis allerede bruker fjernstyrt magnetisk navigasjon for operasjoner, vil det være fornuftig at selskapet befinner seg i en god posisjon til å omfavne fremveksten av organisk magnetisk robotikk. Og se sine RMN-roboter bli grunnlaget for implementering i sykehus av den magnetiske organiske gel-teknologien.

2. 3D Systems Corporation

Denne lederen innen 3D‑utskriftsindustrien har også gått inn i bioprinting i 2017 med et forskningssamarbeid med United Therapeutics (UTHR ) (UTHR). Den kjøpte også bio‑ink-produsenten Allevia i 2021. Og den kunngjorde et samarbeid med CollPlant Biotechnologies (CLGN ) (CLGN) i 2020.

Dette oppkjøpet gir 3D Systems (DDD ) et forsprang innen feltet for utskrift av biologiske materialer. Den kommersialiserer for tiden 3 modeller av sin Allevi-bioprinter.

Kilde: 3D Systems

Som en voksende produsent av 3D‑printede medisinske enheter og proteser OG en leder innen bioprinting, kan vi forestille oss at selskapet kan være interessert i å finne nye anvendelser for fjernstyrt organisk magnetisk gel.

Så, hvis myk robotikk som bruker magnetisk gel blir en voksende medisinsk anvendelse, kan vi forvente at 3D Systems blir en del av denne medisinske revolusjonen og hjelper til med å 3D‑printe de relevante verktøyene for disse nye terapiene.

(Vi utforsket bioprinting‑feltet i dybden i vår artikkel “Organs On Demand: Best 3D Bioprinting Stocks”).

3. Desktop Metal, Inc.

Desktop Metal er en annen stor leder innen 3D‑utskrift, med over 650 patenter, mer enn 250 mulige materialer og 6 000 kunder. Et av deres viktigste fokusområder har vært metall‑3D‑utskrift, et mål som lenge har vært ettertraktet i 3D‑utskriftsindustrien.

Den er også aktiv innen helsevesenet, etter å ha kjøpt det tyske selskapet EnvisionTEC, som inkluderer tannpleieteknologi. Dette skjer i takt med et strategisk partnerskap med den ledende ortodontiske firmaet Align Technology. (ALGN )

Sammenslåingen med EnvisionTEC hjalp også Desktop Metal med å utvikle sin Desktop Health 3D‑printer. Den er mer en skjelett‑printer enn en full‑celle/organ‑3D‑printer. Likevel, hvis bioprinting viser seg å kreve hydrogel eller andre polymerer som permanent skjelett, vil dette være en sterk teknologisk fordel for Desktop Health.

Kilde: Desktop Metal

Selv om fokuset på bioprinting og helsevesen er mindre sterkt enn hos 3D Systems, er det ikke umulig at Desktop Metal også kan være interessert i potensialet ved å kombinere 3D‑utskrift og organiske magnetiske geléer.

4. Soft Robotics

Dette selskapet er privat notert og fokuserer på å utvikle mGripAI, en robot med myk grep for næringsmiddelindustrien, kombinert med full 3D‑visjon og AI‑system.

Kilde: Soft Robotics

Du kan også se den i aksjon i denne videoen. Selv om det er lite sannsynlig at den går inn i det medisinske segmentet, kan selskapet kanskje en dag bli interessert i en giftfri versjon av magnetisk myk robotikk for bruk i næringsmiddelindustrien. Dette er spesielt sant dersom den organiske magnetiske gelen kan forbedres til å bli biologisk nedbrytbar.