Organikus mikro robot pont oda ahol a testünkben baj van

A stanfordi mérnökök apró robotokat fejlesztenek, hogy közelebb hozzák az egészségügyi ellátást a pontosan célzott gyógyszerszállításhoz. Képzeljük el, hogy beteg sejtjeinket gyógyító ellátó mikroorganizmusok élettani hatását fokozó bio robotok mászkálnak ereinkben és megjavítják testünk hibáit, oda szállítva a szükséges antibiotikumot vagy vitamint a kóros területre.

Stanfordi gépészmérnökök többfunkciós vezeték nélküli robotokat hoztak létre az egészségügyi eredmények maximalizálása és az eljárások invazivitásának minimalizálása érdekében.

Ha Ön már valaha is lenyelte ugyanazt a tablettát abban a reményben, hogy a gyomorgörcstől a fejfájásig mindent meggyógyít, akkor már tudja, hogy a gyógyszereket nem mindig arra tervezték, hogy pontosan kezeljék a fájdalmat. Míg a vény nélkül kapható tabletták évtizedek óta számos betegséget gyógyítanak, az orvosbiológiai kutatók csak a közelmúltban kezdték el feltárni, hogyan lehetne javítani a célzott gyógyszeradagolást bonyolultabb betegségek, például szív- és érrendszeri betegségek vagy rák kezelésében.

Ígéretes innováció a biomedicina ezen feltörekvő területén belül a millirobot. Ezek az ujjbegynyi méretű robotok készen állnak arra, hogy az orvostudomány jövőbeli életmentőivé váljanak – kúszni, forogni és úszni, hogy szűk helyekre juthassanak be küldetésük során, hogy megvizsgálják a belső működésünkett vagy a adagolják a gyógyszereket.

A Stanford Egyetem gépészmérnöke, Renee Zhao, aki ezen a területen vezeti a kutatást, egyszerre sok millirobot-terven dolgozik – köztük egy mágneses kúszó roboton,ami egyszerűen áthalad a gyomron. Mágneses mezők hajtják – amelyek lehetővé teszik a folyamatos mozgást, és azonnal alkalmazhatók nyomaték generálására és a robotok mozgásának megváltoztatására. Pusztán a mágneses tér erősségének és irányának eltolásával Zhao csapata egyetlen ugrással el tudja küldeni a robotot a testen keresztül vitorlázni, olyan távolságra, amely a robot hosszának tízszerese.

Kutatásának egyik kulcsfontosságú aspektusa, a mágneses működtetés a nem invazív működéshez kötetlen vezérlést is biztosít, és elválasztja a vezérlőegységet az eszköztől, hogy lehetővé tegye a miniatürizálást. Zhao elmondta, hogy legújabb robotjuk, amelyet június 14-én mutattak be a Nature Communications-ben, „a valaha kifejlesztett legrobusztusabb és legtöbbfunkciós kötözetlen robot”.

Ez az új „pörgésre képes vezeték nélküli kétéltű origami millirobot” olyan multifunkcionális, mint a neve is sugallja. Ez egy elegánsan kidolgozott egyetlen egység, amely képes gyorsan áthaladni egy szerv síkos, egyenetlen felületein és átúszni a testnedveken, vezeték nélkül hajtva magát, miközben folyékony gyógyszereket szállít. Ellentétben a lenyelt tablettákkal vagy a befecskendezett folyadékokkal, ez a robot visszatartja a gyógyszert, amíg „az el nem éri a célt, majd nagy koncentrációjú gyógyszert bocsát ki” – mondta Zhao, aki a gépészmérnök adjunktusa. “Így éri el a robotunk a célzott gyógyszerszállítást.”

A gyógyszerszállítás átalakítása

Zhao szerint az az úttörő ebben a kétéltű robotban, hogy túlmutat a legtöbb origami alapú robot tervein, amelyek csak az origami összecsukhatóságát használják fel a robot mozgásának és mozgásának szabályozására.

Amellett, hogy megvizsgálták, hogyan teheti lehetővé a robot bizonyos műveletek végrehajtását az összecsukás – képzeljünk el egy harmonikahajtást, amely kinyomja a gyógyszert – Zhao csapata azt is megvizsgálta, hogy az egyes redők pontos alakjának méretei hogyan befolyásolták a robot merev mozgását, amikor nem volt összecsukva. Ennek eredményeként a robot kibontott formája eredendően alkalmas a környezeten keresztüli meghajtásra. Az ilyen tág látókörű megfontolások lehetővé tették a kutatók számára, hogy több hasznot hozhassanak az anyagokból anélkül, hogy ömlesztettük volna őket – Zhao világában pedig minél több funkcionalitás érhető el egyetlen szerkezetből a robot tervezésén belül, annál kevésbé invazív az orvosi eljárás.

A robot tervezésének másik egyedi aspektusa bizonyos geometriai jellemzők kombinációja. A robot közepén lévő hosszanti lyuk és az oldalsó rések az oldalakon felfelé hajlottak, csökkentették a vízállóságot, és elősegítették a robot jobb úszását. “Ez a kialakítás negatív nyomást indukál a robotban a gyors úszás érdekében, és közben szívást biztosít a rakomány felvételéhez és szállításához” – mondta Zhao. „Teljesen kihasználjuk ennek a kis robotnak a geometriai jellemzőit, és feltárjuk ezt az egyetlen szerkezetet különböző alkalmazásokhoz és funkciókhoz.”

A Stanford Department of Medicine szakértőivel folytatott beszélgetések alapján a Zhao Lab azt fontolgatja, hogyan lehetne új technológiák kiépítésével javítani a jelenlegi kezeléseken és eljárásokon. Robotjaik nemcsak praktikus módot nyújtanak a gyógyszerek hatékony adagolására, hanem arra is használhatók, hogy műszereket vagy kamerákat vigyenek be a testbe, megváltoztatva az orvosok betegek vizsgálatát. A csapat azon is dolgozik, hogy ultrahangos képalkotást használjon annak nyomon követésére, hogy merre járnak a robotok, így nincs szükség nyitott szervek vágására.

Minél kisebb, egyszerűbb, annál jobb?

Míg a Zhaohoz hasonló millirobotokat nem fogunk látni valós egészségügyi környezetben, amíg többet nem tudunk az optimális tervezésről és képalkotásról, a Nature Communications-ben kiemelt, a maga nemében első úszója a legtávolabbra jutott robotjaik közé tartozik. Jelenleg a kísérleti szakaszban van, amely megelőzi az élő állatokon végzett humán klinikai kísérleteket.

Mindeközben Zhao csapata továbbra is számos újszerű intelligens anyagot és szerkezetet kombinál egyedi tervezésekké, amelyek végső soron új orvosbiológiai eszközöket alkotnak. Azt is tervezi, hogy folytatja robotjainak kicsinyítését, hogy további mikroméretű orvosbiológiai kutatásokat végezzen.

Mérnökként Zhao a legegyszerűbb szerkezetek kifejlesztésére törekszik, a legtöbb funkcionalitással. Kétéltű robotja jól példázza ezt a küldetést, mivel arra inspirálta csapatát, hogy alaposabban vegye figyelembe azokat a geometriai jellemzőket, amelyeket más origami robotkutatók még nem szoktak prioritásként kezelni. „Elkezdtük megvizsgálni, hogyan működnek mindezek párhuzamosan” – mondta Zhao. “Ez egy nagyon egyedi pontja ennek a munkának, és széles körű alkalmazási lehetőséget rejt magában az orvosbiológiai területen is.”

A gyógyszer szervezetben történő terjedése és annak külső eszközökkel történő érdemi vezérlése, egy hatalmas megoldás lehet akkor, amikor a hatékonyság, a gyors terjedés, az érdemi vizsgálható hatás megfigyelése, gyors beavatkozást biztosít és emberi életek százait lesz képes megmenteni. Irányítható hatásmechanizmus. optimális  gyógyszer felhasználás, a szükséges helyen történő felszívódás hatásfokozása.