211service.com
Budowa samoskładającego się bota żołądkowego
Lekarze od dawna poszukiwali lepszych sposobów badania funkcjonowania ludzkiego ciała bez konieczności rozcinania pacjentów. Aparat do połykania, trochę większy niż zwykła pigułka, może już robić zdjęcia, gdy przepływa przez żołądek i jelita, oferując mniej inwazyjny sposób postawienia diagnozy niż endoskop lub zabieg chirurgiczny. Obecnie konsorcjum europejskich naukowców testuje sposób na połączenie kilku urządzeń do połykania w celu stworzenia robota chirurgicznego, który samoorganizuje się w żołądku.
Połączone: Używając magnetycznych połączeń między kapsułkami, naukowcy mają nadzieję zbudować wężopodobnego robota, który będzie w stanie samodzielnie złożyć się w żołądku pacjenta.
Izraelska firma Given Imaging, która opracowała pierwsze aparaty na pigułki, pracuje obecnie nad sposobem kontrolowania ruchu kapsuły aparatu z zewnątrz ciała. Kilka akademickich grup badawczych szuka również sposobów na to, aby kapsułki do połykania same się manewrowały, obracając się, czołgając lub przyklejając do tkanki. Przy większej kontroli lekarze powinni być w stanie lepiej diagnozować, a nawet leczyć choroby. Jednak możliwości takich urządzeń jelitowych będą nadal ograniczone, ponieważ kapsułka musi pozostać wystarczająco mała, aby można ją było wygodnie połknąć.
Współpraca naukowców z Włoch, Francji, Szwajcarii i Hiszpanii pod nazwą ARES , testuje sposób automatycznego łączenia wielu kapsuł. Każda z nich byłaby połykana pojedynczo, a następnie składana w bardziej złożone urządzenie, gdy już bezpiecznie znalazła się w żołądku.
Ostatecznym celem jest, aby każda kapsuła wykonywała inne zadanie: jedną do obrazowania, jedną do zasilania, jedną do pobierania próbek i tak dalej. Gdy kapsułki znajdą się w żołądku, połączą się ze sobą, tworząc urządzenie przypominające węża, które może ślizgać się po jelitach, wykonując bardziej złożone zadania niż te, które wykonuje pojedyncza kapsułka lub kilka swobodnie pływających.
Multimedia
Kliknij tutaj, aby zobaczyć, jak naukowcy przeprowadzili eksperyment z samoorganizacją.
Kliknij tutaj, aby zobaczyć dowód koncepcji modułów do połykania w akcji.
Zamiast jednej kapsuły, proponujemy podejście modułowe, w którym każda z kapsuł może mieć inne funkcje, mówi Zoltán Nagy , naukowiec ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii (ETH) w Zurychu i członek projektu ARES. Zanim będziemy mogli faktycznie mówić o tak skomplikowanych robotach wewnątrz żołądka, musimy rozwiązać fundamentalny problem samodzielnego montażu. Nasza praca sugeruje, że można to zrobić solidnie, mówi Nagy.
Grupa ETH zdecydowała się na użycie magnesów do łączenia swoich modułów, ponieważ nie wymagają one zasilania na pokładzie i można je łatwo monitorować z zewnątrz ciała.
Aby znaleźć najlepszy projekt dla samoorganizujących się kapsułek, naukowcy przetestowali różne projekty w plastikowym modelu żołądka wypełnionego płynem. Przeprowadzili około 50 testów dla każdej z 12 różnych konfiguracji rozmiaru modułu, typu magnesu i rozmieszczenia magnesu. Pojedynczy magnes z osią dodatnio-ujemną na powierzchni dłuższej kapsuły działał najlepiej, dając 75-procentowy wskaźnik sukcesu w łączeniu dwóch kapsuł; modyfikacja modułu magnetycznego, aby był bardziej elastyczny, zwiększyła ten wskaźnik do 90 procent. Grupa przedstawi w tym tygodniu szczegóły dotyczące modułów łączących na Międzynarodowej Konferencji nt. Inteligentnych Robotów i Systemów we Francji.
[Praca] jest interesująca jako koncepcja, ponieważ modułowe roboty montujące się wewnątrz ciała mogą umożliwić bardziej elastyczne i złożone zastosowania robotów żołądkowo-jelitowych, mówi Metin Sitti , naukowiec pracujący nad chwytaniem robotycznych kapsuł na Uniwersytecie Carnegie Mellon. Obecne kapsuły zwykle powiększają się, dodając więcej funkcji… Składanie modułów wiązałoby się z [mniej] takimi problemami.
Test żołądka: Naukowcy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologicznego w Zurychu wykorzystali plastikowy żołądek, aby sprawdzić, która konstrukcja magnetyczna najlepiej łączy się w ograniczonej przestrzeni pełnej cieczy.
Mówi się, że jednym z głównych ograniczeń [połykanej kapsuły obrazowej] jest bateria Mediolan Dodig , gastroenterolog w Cleveland Clinic, który używa urządzenia do leczenia swoich pacjentów. Zajmuje prawie 60 procent objętości kapsułki; nie da się nim sterować [i] nadal może przegapić różne rzeczy. Kąt obrazów jest również ograniczający i nie można zobaczyć całego [jelita].
Zespół ETH był w stanie wykryć, jak dobrze moduły są ze sobą połączone, monitorując zmiany w polu każdego magnesu. Dzięki [tej] prostej metodzie mogę wykryć, czy któraś jest podłączona, co oznacza, że mogę stworzyć obraz na komputerze, mówi Nagy.
Kolejny etap badań będzie polegał na upewnieniu się, że magnesy nie uszkadzają tkanki, gdy się ze sobą łączą. Będzie to obejmować testowanie systemu w ruchomym sztucznym żołądku lub żołądku zwierzęcym dostarczonym przez grupę partnerską. Zespół musi również znaleźć sposób na kontrolowanie tego, jak układają się kapsuły.
Coś takiego, co można by połknąć, samodzielnie złożyć i zdalnie sterować, byłoby dużym postępem, mówi Joseph Murray , gastroenterolog w Mayo Clinic, który nie był zaangażowany w prace. Mówi jednak, że bezpieczne korzystanie z magnesów będzie nie lada wyzwaniem.
Lekarze bardzo potrzebują sterowanej, sterowanej ruchem kamery, dodaje Frank Volke, kierownik projektu w Instytucie Inżynierii Biomedycznej im. magnetycznie kontrolując to. Myślę, że jest to bardzo ciekawe podejście do badań naukowych, które może zająć więcej czasu w praktyce, mówi Volke o pracy ETH.
Nagy mówi, że schemat połączeń magnetycznych opracowany przez jego zespół może być również wykorzystany do budowy robotów poszukiwawczo-ratowniczych, które mogą prześlizgiwać się przez gruz i w ciasne przestrzenie. Możesz sobie wyobrazić, że wrzucisz kilka kawałków robota i sam się zmontuje, mówi Nagy.