Ученые из Технологического университета Наньян в Сингапуре создали хирургического робота размером с зерно, который может менее чем за 1 секунду переключаться между 5 функциями. По замыслу разработчиков, такое устройство в будущем можно будет использовать для малоинвазивных медицинских процедур.
● Прошло исследование: хорошее состояние тимуса связали с более долгой жизнью людей
Длина робота составляет всего 4,4 мм. Управление идет без проводов с помощью слабых магнитных полей. Несмотря на очень малые размеры, устройство способно перемещаться по мягким поверхностям, разрезать биологические ткани, доставлять вещества, захватывать и удерживать образцы тканей, а также локально нагревать нужный участок.
Исследователи отмечают, что одна из главных трудностей в миниатюрной робототехнике состоит в том, чтобы совместить в одном маленьком устройстве сразу несколько возможностей и при этом не потерять точность управления и подвижность. Новый робот был создан именно как попытка решить эту задачу.
В ходе лабораторных испытаний ученые проверили его работу на биологических тканях и мягких моделях, имитирующих ткани организма. Испытания показали, что устройство может выполнять сразу несколько медицинских задач и при этом проходить через сложную среду.
● Ученые выяснили, почему кофеин ведет к снижению качества глубокого сна
Главная особенность разработки состоит в том, что один и тот же робот заменяет сразу несколько инструментов. В отличие от большинства миниатюрных магнитных роботов, которые обычно выполняют 1 или 2 действия, эта система быстро переключается между 5 режимами работы. Руководитель исследования, доцент Лум Го Чжань, отметил: «Большинство магнитных роботов такого типа могут выполнять только 1 или 2 функции. Наше новое устройство уже способно на 5, и в долгосрочной перспективе мы хотим, чтобы врачи могли вводить такие мини-роботы в организм, направлять их в нужную точку и проводить там лечение».
Робот изготовлен из мягких силиконовых материалов PDMS и Ecoflex. Внутри его конструкции находятся микроскопические магнитные частицы, которые реагируют на внешнее магнитное поле. В центре системы расположен магнитный модуль, который можно намагничивать, размагничивать и перенастраивать в разных направлениях.
Именно смена магнитной ориентации позволяет включать разные функции робота. То есть одна и та же конструкция по команде превращается в разные инструменты в зависимости от того, какой магнитный режим ей задают. Кроме того, отдельные участки робота сделаны так, чтобы они реагировали на сигналы независимо друг от друга. Это помогает избежать ситуации, когда все устройство ведет себя как один сплошной магнит, что считается слабым местом многих подобных систем, пишет Interesting Engineering.
● Офтальмологи объяснили, почему люди хотят тереть глаза и чем это грозит
Еще одной особенностью стала дополнительная степень свободы движения — перекатывание вдоль продольной оси. За счет этого робот может вращаться вокруг своего длинного корпуса. Такое движение дает больше точности при прохождении через узкие и неровные пространства, в том числе внутри человеческого организма.
Чтобы проверить возможности устройства, ученые испытали его на куриной печени и материалах на основе желатина, которые имитировали мягкие биологические ткани. Робот успешно разрезал ткань, выпускал частицы, которые в опытах заменяли лекарственные вещества, собирал и удерживал тканевые образцы, а также создавал локальный нагрев за счет магнитной индукции.
По словам исследователей, функция нагрева может быть полезна для методов магнитной гипертермии, которые сейчас изучают как один из подходов к лечению онкологических заболеваний. Речь идет о локальном воздействии теплом на нужный участок.
● Прошло исследование: «третий глаз» предков у человека никуда не делся
Авторы работы также отдельно проверили безопасность материалов. Для этого их воздействие оценивали на клетках человеческой кожи. В лабораторных условиях жизнеспособность сохранили более 99% клеток, что говорит о низкой токсичности материала на этом этапе испытаний.
Сейчас команда изучает, как такую систему можно совместить с медицинской визуализацией, датчиками и моделями искусственных органов. Параллельно ученые работают вместе с хирургами, чтобы понять, как подобные роботы могут быть встроены в будущую медицинскую практику. Лум Го Чжань пояснил: «Чтобы такие роботы приблизились к реальному применению, нужно понять не только то, как они работают в лаборатории, но и как их можно направлять, отслеживать и контролировать в условиях, близких к настоящей медицине».
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Читайте также:
● Испанский египтолог заявил, что пирамиды Гизы построила суперцивилизация
● Ученые заявили о происхождении человека от древнего одноглазого циклопа