08:00 
Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали крошечного робота размером с семя, который может перемещаться по мягким и неровным поверхностям и выполнять пять хирургических функций без проводов, открывая путь к разработке роботов, которые сделают операции и медицинские процедуры более точными.
Миниатюрный робот длиной всего 4,4 мм, управляемый слабыми магнитными полями, может перемещаться, разрезать биологические ткани, выпускать лекарства, захватывать и хранить образцы тканей или удаленно генерировать тепло в любой момент времени. Переключение между этими функциями занимает меньше секунды.
Работа под руководством доцента Лум Го Чжаня из Школы машиностроения и аэрокосмической техники (MAE) НТУ была недавно опубликована в академическом журнале Advanced Materials.
Используя в лаборатории магнитные катушки для дистанционного управления роботом, команда смогла заставить робота использовать различные инструменты и выполнять различные функции, например активировать крошечное лезвие, чтобы прорезать отверстия.
"Большинство подобных магнитных роботов могут выполнять только одну или две функции. Наше последнее изобретение теперь может выполнять пять, и наша долгосрочная цель — чтобы врачи могли использовать этих мини-роботов в организме, перемещать их в нужное место и использовать их для лечения", – сказал доцент профессор Лам, пионер в области миниатюрных роботов, изготовленных из мягких, гибкие материалы.
Мини-роботы изучаются во всем мире как возможный способ сделать минимально инвазивные хирургические и медицинские процедуры более безопасными, менее болезненными и более точными.
Такие устройства однажды позволят врачам проводить целевые операции глубоко внутри тела без больших разрезов и громоздких хирургических инструментов.
Преодоление ключевой проблемы робототехники
Чтобы вместить несколько функций в робота длиной всего несколько миллиметров, команда NTU разработала устройство для управления движениями, которое активируется магнитными полями и которое можно перепрограммировать менее чем за секунду.
Робот изготовлен из магнитомягких материалов, в том числе PDMS и Ecoflex, которые представляют собой материалы на основе силикона, обычно используемые в мягкой робототехнике, поскольку они гибкие и могут формироваться в небольшие структуры.
В эти материалы встроены магнитные микрочастицы размером 5 микрометров каждая, что позволяет различным частям робота реагировать на магнитные поля.
В центре устройства находится магнитный модуль, который можно намагничивать, размагничивать и перемагничивать в разных направлениях.
Каждая магнитная ориентация активирует разные функции робота, позволяя одному и тому же мобильному роботу выполнять пять различных функций, включая разрезание и захват тканей.
Исследователи также спроектировали разные области робота, чтобы гарантировать, что только одна часть, но не остальные, реагирует на одно и то же магнитное поле.
Это означает, что только одна часть робота реагирует на магнитное поле, изменяя свою форму для активации инструмента или функции, в то время как другие части остаются неподвижными и неизменными в своей текущей форме, что устраняет основное ограничение миниатюрных магнитных роботов.
В небольших масштабах магнитные поля часто воздействуют на все устройство сразу, заставляя его вести себя как единый магнит, при этом все части реагируют на магнитное поле, тем самым ограничивая точность перемещения или активации различных инструментов.
Большинство миниатюрных магнитных роботов также являются таковыми. ограничено пятью степенями свободы. Они могут двигаться только по трем осям и вращаться в двух направлениях.
Робот NTU добавляет шестое движение — вращение, которое позволяет ему вращаться вокруг своей длинной оси. Это дает роботу более точный контроль над тем, как его можно расположить, что важно для навигации в узких, мягких и неровных пространствах, например, внутри тела.
В отличие от мини-роботов, похожих на слизь, робот NTU имеет прочный, но гибкий корпус, что делает его более прочным и его легче извлекать после использования.
Проверено на биологических тканях
Команда NTU протестировала хирургические функции робота на моделях биологических тканей, в том числе куриных. печень, а также материалы на основе желатина, имитирующие мягкие ткани.
В ходе лабораторных испытаний робот разрезал биологические ткани, распределяя частицы, имитирующие частицы лекарства, захватывал и хранил образцы тканей, а также генерировал локализованное тепло после воздействия магнитных полей.
Чтобы произвести тепло, исследователи подвергли робота воздействию высокочастотного переменного магнитного поля. Это привело к тому, что магнитные материалы внутри устройства начали генерировать тепло дистанционно, что соответствует подходу, аналогичному методам магнитной гипертермии, изучаемым при лечении рака.
Команда также оценила биосовместимость материалов робота, подвергнув их воздействию клеток кожи человека в лабораторных условиях.
Более 99 процентов клеток остались жизнеспособными после воздействия материалов робота, как и в контрольной группе, что позволяет предположить, что материалы были в основном нетоксичными в экспериментальных условиях.
