Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nde sadece 4 mm büyüklüğünde bir cerrahi robot geliştirildi. Bu mikro robot dokuları kesebilir, ilaç taşınımı yapabilir, numune depolayabilir ya da kablosuz bir şekilde ısı üretebilir. Yani bir İsviçre çakısı gibi çalışıyor. Robot o kadar küçük ki tırnağınızın ucu kadar bile değil.
Bu ultra küçük robot, yumuşak dokular üzerinde ilerleyebilir, biyolojik yapıları kesebilir, ilaç salabilir, doku örnekleri toplayabilir ve hatta ihtiyaç duyulduğunda tedavi edici ısı üretebilir. En dikkat çekici yanı ise, tüm bunları kablolar, yerleşik elektronik devreler veya piller olmadan, bir saniyeden daha kısa sürede bu beş işlev arasında geçiş yapabilmesidir.
Bu robot, araştırmacıların minyatür cihazları vücut içinde yönlendirmek için harici manyetik alanlar kullandıkları, hızla büyüyen manyetik tıbbi robotik alanındaki yeni bir gelişmedir. Bu sistemler, bazı minimal invaziv cerrahi yöntemlerine gelecekte potansiyel bir alternatif olarak yaygın bir şekilde değerlendirilmekte olup, büyük kesikler veya hantal cerrahi aletler olmadan ulaşılması zor bölgelerde işlemlerin yapılmasına olanak sağlayabilir.
Mikro Robotların İsviçre Çakısı
Bu alandaki bir sınırlama, çoğu manyetik mikrorobotun tek bir işlevde uzmanlaşmış olmasıdır. Bir robot ilaç taşımak için tasarlanırken, diğeri doku toplama uzmanı olabilir. Manyetik alanlar genellikle robotun tamamını aynı anda etkileme eğiliminde olduğundan, birden fazla yeteneği tek bir cihazda birleştirmek oldukça zor olmuştur. Bir bölüm hareket ettiğinde, geri kalanı da sıklıkla onunla birlikte hareket eder.
İşte NTU ekibi, yedi yıllık çalışmanın ardından bu sorunu çözdüğünü belirtiyor.
“Bu tür manyetik robotların çoğu yalnızca bir veya iki işlevi yerine getirebilir. En son icadımız artık beş işlevi yerine getirebiliyor ve uzun vadeli hedefimiz, doktorların bu mini robotları vücut içinde kullanması, onları hedeflenen bir konuma yönlendirmesi ve tedavileri gerçekleştirmek için kullanmasıdır’ , diyor Ekip lideri ve yumuşak minyatür robotik öncüsü Lum Guo Zhan,
Robotun kalbinde, farklı yönlerde manyetize edilebilen, manyetikliği giderilebilen ve yeniden manyetize edilebilen, yeniden programlanabilir bir manyetik modül bulunuyor. Her manyetik yönlendirme, hareket etme veya kesme gibi farklı bir çalışma modunu etkinleştirir.
Araştırmacılar ayrıca, robotun farklı bölgelerinin aynı manyetik alana farklı tepkiler vermesini sağlayacak şekilde tasarladılar. Tek bir mıknatıs gibi davranmak yerine, tek tek bölümler seçici olarak etkinleştirilebilirken geri kalan kısımlar değişmeden kalabilir. Bu düzeyde bağımsız kontrol, projenin arkasındaki en önemli teknik gelişmelerden biridir.
Robotun kendisi, PDMS ve Ecoflex dahil olmak üzere yumuşak robotikte yaygın olarak kullanılan yumuşak silikon bazlı malzemelerden yapılmıştır. Bu malzemelerin içine, yaklaşık 5 mikrometre boyutunda mikroskobik manyetik parçacıklar gömülmüştür. Araştırmacılar, bu parçacıkların nasıl düzenlendiğini ve manyetize edildiğini dikkatle kontrol ederek, harici bobinler tarafından üretilen nispeten zayıf manyetik alanları kullanarak robotu uzaktan yönlendirebiliyorlar.
Şimdi, yeteneklerine gelelim. Kesme modunda cihaz, biyolojik dokuyu kesen minik bir bıçak açabilir. Biyopsi modunda ise bir tutucu, daha sonra analiz edilmek üzere doku örneklerini yakalar ve saklar; bu da doktorların erişilmesi zor bölgelerde biyopsi yapmasına olanak tanıyabilir. İlaç verme modunda ise robot, önceden yüklenmiş ilaçları vücudun çok hassas bölgelerine salar.
Dördüncü ısıtma modunda ise robot, yüksek frekanslı alternatif manyetik alana maruz kaldığında bölgesel ısı üretir. Bu ısıtma özelliği, zamanla manyetik hipertermi tedavilerini destekleyebilir; bu, çevre dokuya verilen zararı en aza indirirken ısıyı kullanarak tümörlere hasar veren veya onları yok eden deneysel bir kanser tedavisidir.
Robotun beşinci ve son işlevi, tartışmasız en önemlisidir: hareket kabiliyeti. Hareket, bu teknolojinin mevcut birçok minyatür robottan farklı olduğu bir başka alandır. Çoğu manyetik mikrorobot, üç eksen boyunca hareket ve iki yönde dönme imkanı sağlayan beş serbestlik derecesiyle çalışır. NTU robotu, yuvarlanma hareketi yoluyla altıncı bir serbestlik derecesi getirerek kendi uzunlamasına ekseni etrafında dönmesini sağlar. Bu ek manevra kabiliyeti, insan vücudunun içinde bulunan dar, düzensiz ve genellikle kaygan ortamlarda yol alırken faydalı olabilir.
Sağlam ve Esnek Bir Mikro Robot
Mukus damlaları veya sıvı damlacıklarına benzeyen bazı yeni yumuşak robot konseptlerinin aksine, NTU tasarımı sağlam ancak esnek bir yapıya sahiptir. Araştırmacılar, bunun robotu daha dayanıklı hale getirdiğini ve bir işlemden sonra geri alınmasını potansiyel olarak kolaylaştırdığını belirtiyor; bu da gelecekteki herhangi bir klinik kullanım için önemli bir husustur.
Yeteneklerini değerlendirmek için ekip, robotu jelatin bazlı doku modelleri ve tavuk karaciğeri üzerinde test etti. Laboratuvar deneyleri sırasında robot, dokuyu başarıyla kesti, ilaçları temsil eden parçacıkları dağıttı, doku örnekleri topladı ve lokal ısıtma sağladı.
Araştırmacılar ayrıca, kültürlenmiş insan deri hücreleri kullanarak robotun malzemelerinin biyo-uyumluluğunu inceledi. Maruz kalma sonrasında hücrelerin %99’undan fazlası canlılığını korudu; bu da malzemelerin laboratuvar koşullarında büyük ölçüde toksik olmadığını gösteriyor.
Şimdi bir de gerçeklere dönelim. Bu teknoloji şu anda klinik uygulamaya geçmekten çok uzak. Bugünkü prototip, canlı hastaların vücudunda değil, laboratuvar ortamında harici manyetik bobin sistemleri kullanılarak çalışıyor. Ayrıca otonom da değil. Doktorlar, robotun vücut içinde bağımsız olarak dolaşmasına izin vermek yerine, nihayetinde onu yönlendirmek ve kontrol etmek zorunda kalacaklar. Ancak bu, bir dezavantajdan çok bir avantaj gibi görünüyor.
Her halükarda, bu proje minimal invaziv tıp için harika bir gelişme olabilir. Gelecekte doktorlar, cerrahi açıklıklardan veya kateterlerden birden fazla alet sokmak yerine, tek bir işlemde tanı, tedavi, numune alma ve terapiyi gerçekleştirebilen tek bir minyatür robotik platformu kullanabilecekler.
Sanki “5’i 1 arada” etiketi yeterince etkileyici değilmiş gibi, ekip şu anda gelecekteki versiyonların görüntüleme teknolojileri, algılama sistemleri ve insan dokularının fiziksel davranışını daha yakından taklit eden klinik açıdan gerçekçi yapay organ modelleriyle nasıl entegre edilebileceğini araştırıyor. Ayrıca, mini robotik sistemlerin nihayetinde gerçek klinik iş akışlarına nasıl uyum sağlayabileceğini anlamak için cerrahlarla işbirliği yapıyorlar.
Kaynak: https://newatlas.com/robotics/5-in-1-surgical-robot/
