Robotik
Robothjälp kan återställa viktiga kroppsfunktioner för dem som behöver det mest
Peristaltik – en dold men viktig muskelrörelse
Robothjälp för att lindra rörlighetsproblem ökar, särskilt exoskelett. Till exempel diskuterade vi hur den kan hjälpa Parkinsonpatienter, och även ge extra rörlighet till fabriks- och lagerarbetare, eller till och med militären med Herowear-dräkten som utvecklats med Vanderbuilt University.
Källa: Herowear
Dock kommer inte alla viktiga rörelser i kroppen från extremiteterna eller ryggen. Peristaltik är den vågliknande rörelsen i inre organ som matstrupen (som förbinder munnen med magen) eller tarmen.
Denna typ av rörelse påskyndar transporten av vätskor i kroppen. Det är en vital funktion för matsmältning och säkerställer också att intagen mat hamnar i magen istället för i lungorna.
Peristaltik kan försämras av sjukdomar, särskilt cancer. Den vanliga behandlingen är att använda ett metallrör, vilket kan leda till blockering och andra livshotande problem.
Forskare vid samma Vanderbilt University i Nashville, USA, där deras kollegor arbetade med exosuits, har skapat en mjuk magnetisk robot som kan efterlikna peristaltik istället.
Framväxten av mjuk robotik
Robotar är utmärkta på att manipulera tung utrustning och utföra precis tillverkning. Men de är mycket svårare att kombinera med mjuka och sköra biologiska vävnader.
Av dessa skäl undersöker forskare sätt att skapa ”mjuka robotar”, med plast, polymerer, metalltrådar eller andra mer flexibla komponenter.
Mjukare designer bör möjliggöra nya koncept, mer inspirerade av naturen, när man bygger en robot, som vi diskuterade i vår artikel “Hur robotik kan ta inspiration från naturen”.
Men dessa system lider fortfarande av några begränsningar:
- De måste vara anslutna till en strömkälla.
- De är ofta begränsade till några förutbestämda former eller rörelser.
- De är ganska tunga.
En idé för att undanröja dessa begränsningar är att använda magneter istället för stela metalldelar. Detta eliminerar behovet av en extern strömkälla och ger mer flexibilitet och mångfald av möjliga former och rörelser. Till exempel diskuterade vi tidigare hur mjuka geléer kan göras magnetiska för att driva sådana robotar.
Robotisk peristaltik
Forskare vid Vanderbilt University använde ett flexibelt magnetiskt robotsystem för att återskapa de biologiska vågliknande rörelserna av peristaltik.
Rörelsen hos ”roboten” sker genom magnetism, styrd från utsidan av kroppen, en extra fördel för detta system. På så sätt kräver den inget internt batteri efter att den har placerats i patientens kropp.
En sådan magnetisk peristaltikrobot kan integreras i ett esofagealt stent och replikera rörelsen hos en biologisk matstrupe.
Tillverkningen av denna enhet krävde många steg och försök och misstag för att hitta rätt metod. Bland annat innebar det laserskärning av materialet, magnetisering, montering på ett polyimidband, beläggning med hydrogel och fästande på ett kiselstent (samma kan även göras med ett metallstent).
Den experimentella designen fungerade väl och replikerade peristaltikens mekanismer.
Du kan se den i aktion i videon nedan:
Framtida förbättringar
Mindre för fler tillämpningar
Det magnetiska mjuka bladet som används i prototypen kan göras mindre, kanske genom att använda tillverkningstekniker som mikromålning.
Detta skulle göra det möjligt för designen att passa in i smalare delar av kroppen. Till exempel kan den användas för att hjälpa till att transportera mänskliga ägg från äggstockarna när muskelfunktionen i äggledarna har försämrats.
Samma system kan integreras i luftvägsstentar för att transportera överflödig slem.
Material
Det magnetiska mjuka bladet kan ha mikromönster och beläggning som gör transporten av vätskor och fasta ämnen mer effektiv.
Den magnetiska komponenten kan också förbättras så att ett lägre magnetfält kan användas (även om den magnetiska intensiteten som används i prototypen anses mycket säker).
Mjuka eller magnetiska robotikaktier
1. Stereotaxis
(STXS )
Stereotaxis är en ledare inom medicinsk telerobotik. Dess Genesis RMN (Robotic Magnetic Navigation) system använder magnetfält för att styra katetrar i en patients kropp. Detta används särskilt inom hjärtkirurgi och andra endovaskulära behandlingar.
Det är den enda tillgängliga roboten i denna sektor, som skiljer sig från laparoskopisk kirurgi, dominerad av Intuitive Surgical (ISRG) och öppna kirurgirobotar från företag som Stryker (SYK – Mako-robot) och Medtronic (MDT – Mazor-robotik). Vi diskuterade dessa två företag och andra i vår artikel “Top 5 Robotic Surgery Stocks”.
Denna metod eliminerar behovet av stela katetrar som förlitar sig på manuell kontroll och operatörskraft, vilket leder till högre risk för negativa händelser för patienterna.
Dessutom kräver den traditionella metoden för kateterinföring röntgen, vilket medför strålexponering, särskilt för den medicinska personalen som regelbundet utför proceduren. Det är ett välkänt fenomen att detta kan orsaka cancer för läkare och sjuksköterskor som utför dessa operationer.
Källa: Stereotaxis
Den manuella proceduren kräver också många färdigheter, vilket innebär kostsam utbildning, och har varierande framgångsfrekvens beroende på operatören och hans erfarenhet.
Jämfört med de klassiska metoderna ger Stereotaxis lösning 72 % färre komplikationer och 36 % mindre strålexponering.
Företaget har redan implementerat sitt system på över 100 sjukhus och behandlat över 100 000 patienter.
Eftersom Stereotaxis redan använder fjärrstyrd magnetisk navigation för operationer, är det logiskt att företaget befinner sig i en stark position för att omfamna framväxten av magnetisk robotik.
Deras rykte för säkrare än normala procedurer med magnetisk robotik kan också vara avgörande för att övertyga medicinska yrkespersoner att lita på företaget när de implementerar mobila robotar i patienters hals, reproduktionssystem eller luftvägar.
2. 3D Systems Corporation
(DDD )
Denna ledare inom 3D‑utskrift har också gått in i bioprinting 2017 genom ett forskningssamarbete med United Therapeutics (UTHR). Det förvärvade även bio‑bläckstillverkaren Allevia 2021. Och de tillkännagav ett samarbete med CollPlant Biotechnologies (CLGN) 2020.
Detta förvärv ger 3D Systems ett försprång inom området för utskrift av biologiska material. De kommersialiserar för närvarande 3 modeller av sin Allevi‑bioprinter.
Källa: 3D Systems
Som en växande producent av 3D‑utskrivna medicinska enheter och proteser OCH en ledare inom bioprinting kan vi föreställa oss att företaget kan vara intresserat av att hitta nya tillämpningar för fjärrstyrda magnetiska robotar inom medicinska områden.
Så, om mjuk robotik blir en metod för att ”reparera” peristaltik, kan vi förvänta oss att 3D Systems blir en del av denna medicinska revolution och hjälper till att 3D‑skriva de relevanta delarna och verktygen för dessa nya terapier.
(Vi utforskade bioprintingområdet i detalj i vår artikel “Organs On Demand: Bästa 3D‑bioprintningsaktier”).
