Исследователи из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре разработали крошечного хирургического робота, который потенциально может серьезно изменить подход к малоинвазивным операциям. Результаты исследования опубликованы в авторитетном журнале Advanced Materials.
Один робот — пять рабочих инструментов
В отличие от большинства существующих мини-роботов, которые обычно умеют делать только одну-две задачи, новый разработка NTU оказалась гораздо более универсальной. Робот может передвигаться по мягким тканям, разрезать их с высокой точностью, доставлять лекарства точно в нужное место, захватывать и хранить образцы тканей, а также генерировать локальное тепло.
«Большинство подобных магнитных роботов могут выполнять только одну или две функции. Наше новейшее изобретение теперь может выполнять пять, и наша долгосрочная цель состоит в том, чтобы врачи могли использовать этих мини-роботов в организме, направлять их в нужное место и применять для проведения лечения», — рассказал руководитель исследования доцент Лум Го Чжан.
Как устроен этот миниатюрный робот
Робот изготовлен из мягких силиконовых материалов — PDMS и Ecoflex. В его тело встроены микроскопические магнитные частицы, которые реагируют на внешние магнитные поля. Главное технологическое решение — специальный магнитный модуль, который можно быстро намагничивать и размагничивать в разных направлениях. Каждая ориентация магнитного поля активирует определенную функцию.
При этом разные части робота реагируют на сигналы независимо друг от друга. Это позволило избежать типичной проблемы, когда весь робот начинает вести себя как один большой магнит и теряет маневренность. Кроме того, устройство получило шестую степень свободы — оно может вращаться вокруг своей продольной оси. Это особенно важно при перемещении внутри узких и извилистых пространств человеческого тела.
Испытания на биологических тканях
Ученые протестировали робота в условиях, максимально приближенных к реальным. В лабораторных экспериментах он работал на куриной печени и специальных желатиновых моделях, имитирующих мягкие ткани человека.
Робот уверенно разрезал ткань, точно высвобождал частицы с лекарственными веществами, собирал микроскопические образцы и даже нагревал выбранный участок с помощью магнитной индукции. Последняя возможность особенно перспективна для магнитной гипертермии — метода, при котором раковые клетки локально нагревают, чтобы их уничтожить.
Отдельный тест на безопасность показал хорошие результаты: после контакта материала робота с клетками человеческой кожи более 99% клеток остались живыми.
Применение в операциях
Сейчас команда NTU работает над тем, чтобы интегрировать робота с системами медицинской визуализации, такими как МРТ или эндоскопы. Ученые уже начали сотрудничество с практикующими хирургами, чтобы понять, как подобные устройства можно будет использовать в реальных клинических условиях.
«Для того чтобы эти роботы приблизились к практическому применению, нам необходимо понимать не только то, как они работают в лаборатории, но и как их можно направлять, контролировать и управлять ими в реальных медицинских условиях», — подчеркнул Лум Го Чжан.
Если проект продолжит развиваться успешно, такие мини-роботы в будущем смогут проводить сложные манипуляции через естественные отверстия тела или минимальные разрезы. Это может существенно снизить риски для пациентов, сократить время операции и ускорить восстановление.
Робот-хирург впервые успешно удалил катаракту у человека
Инженеры научились управлять микророботами магнитами без камер
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX