Мягкие роботы, созданные по образу и подобию улиток, могут доставлять лекарства от рака непосредственно к опухолям с высокой точностью и контролем.
Учёные Манчестерского университета разрабатывают миниатюрных мягких роботов — они предназначены для доставки противораковых препаратов прямо в опухоли кишечника.
Проект, получивший почти 1 миллион фунтов стерлингов от UK Research and Innovation, нацелен на повышение точности лечения колоректального рака.
Современные методы доставки лекарств часто не позволяют точно нацелиться на опухоль, из-за чего возникают побочные эффекты в здоровых тканях. Новая технология призвана высвобождать препараты только там, где это необходимо, — повышая эффективность и снижая вред для остального организма.
Роботы спроектированы так, чтобы закрепляться в злокачественной ткани и контролируемо высвобождать лечебные вещества. По мнению исследователей, это позволит увеличить концентрацию препарата в области опухоли и минимизировать токсическое воздействие на здоровые клетки.
Ещё одна задача проекта — решить давнюю проблему медицины: как с высокой точностью перемещаться в сложных средах вроде желудочно-кишечного тракта.
Команда черпает вдохновение в природе — в частности, в способах передвижения улиток и слизней. Эти животные перемещаются, используя медленные, контролируемые волны движения и клейкую слизь, что позволяет им преодолевать неровные и скользкие поверхности.
Воспроизводя такой механизм, учёные стремятся создать роботов, способных точно двигаться внутри человеческого тела. Основа конструкции — локомоция на основе слизи, работающая за счёт ритмичных движений, — это поможет роботам перемещаться по пищеварительной системе.
«Это исследование объединяет биологию, материаловедение и робототехнику — и потенциально способно полностью изменить будущее лечения рака», — отмечает доктор Мостафа Набави.
Роботов будут изготавливать из бионаноматериалов на основе пептидов, которые можно тонко настраивать на молекулярном уровне. Эти материалы реагируют на внешние сигналы — например, магнитные поля, — что позволит врачам дистанционно управлять роботами.
Учёные также соберут высокодетализированные данные о том, как двигаются улитки: зафиксируют работу мышц, создающих волнообразные движения, и взаимодействие со слизью.
Эти измерения послужат основой для моделей машинного обучения — они помогут усовершенствовать движения роботов.
Бионаноматериалы на основе пептидов позволят точно настраивать поведение роботов на молекулярном уровне. Реакция на внешние триггеры (например, магнитные поля) даст возможность неинвазивно управлять роботами уже после их попадания в организм. Это позволит врачам направлять устройства в нужные точки и корректировать их работу в режиме реального времени.
Кроме того, проект создаст подробные базы данных о механике движения улиток — включая взаимодействие со слизью и особенности перемещения по разным поверхностям. Эти данные помогут разработать имитационные модели и системы машинного обучения для оптимизации поведения роботов.
Для тестирования разрабатывается концепция «цифрового двойника» — виртуальной модели, которая симулирует взаимодействие роботов с тканями человека до реальных испытаний. Такой подход сократит время разработки и повысит точность проектирования.
Технология может найти применение не только в лечении рака. Среди потенциальных направлений:
- альтернатива капсульной эндоскопии;
- промышленный осмотр в труднодоступных местах;
- мониторинг окружающей среды.
Долгосрочная цель исследователей — создать новый класс мягких роботов, способных безопасно работать в сложных и чувствительных средах. Приоритеты — повышение точности, управляемости и адаптивности, особенно в медицинских задачах.
Проект демонстрирует общую тенденцию: объединение биологии и инженерии для решения актуальных задач здравоохранения.