211service.com
Opbygning af en selvsamlende mave-bot
Læger har længe søgt efter bedre måder at undersøge den menneskelige krops funktion uden at skulle skære deres patienter op. Et kamera, der kan sluges, lidt større end en normal pille, kan allerede tage billeder, mens det flyder gennem maven og tarmen, hvilket tilbyder en mindre invasiv måde at udføre diagnose på end et endoskop eller en operation. Nu tester et konsortium af europæiske forskere en måde at forbinde flere slugelige enheder for at skabe en kirurgisk robot, der kan samle sig selv inde i maven.
Tilknyttet: Ved at bruge magnetiske forbindelser mellem kapsler håber forskerne at bygge en slangelignende robot, der kan samle sig selv inde i en patients mave.
Det israelske firma, der udviklede de første pillekameraer, Given Imaging, arbejder i øjeblikket på en måde at kontrollere bevægelsen af sin kamerakapsel udefra. Flere akademiske forskningsgrupper ser også på måder at lade slugelige kapsler manøvrere sig selv ved at rulle, kravle eller klæbe til væv. Med større kontrol burde læger være i stand til bedre at diagnosticere og muligvis endda behandle sygdom. Men mulighederne for sådanne intestinale anordninger vil stadig være begrænsede, fordi en kapsel skal forblive lille nok til komfortabelt at kunne synkes.
Et samarbejde mellem forskere fra Italien, Frankrig, Schweiz og Spanien, kaldte ARES , tester en måde, hvorpå flere kapsler automatisk kan klikke sammen. Hver vil blive slugt individuelt, før den samles til en mere kompleks enhed, når den er sikkert i maven.
Det ultimative mål er, at hver kapsel udfører en anden opgave: en til billeddannelse, en til strøm, en til at tage prøver og så videre. Når de først var inde i maven, ville kapslerne forbindes og skabe en slangelignende enhed, der kunne glide gennem tarmene og udføre mere komplekse opgaver end dem, der udføres af en enkelt kapsel eller flere fritsvævende.
Multimedier
Klik her for at se, hvordan forskere udførte det selvsamlende modulære eksperiment.
Klik her for at se et proof of concept af de slugelige moduler i aktion.
I stedet for at have en enkelt kapsel, foreslår vi en modulær tilgang, hvor hver af kapslerne kan have forskellige funktionaliteter, siger Zoltán Nagy , en forsker ved Swiss Federal Institute of Technology (ETH), i Zürich, og medlem af ARES-projektet. Før vi rent faktisk kan tale om så komplekse robotter inde i maven, skal vi løse det grundlæggende problem med selvsamling. Vores arbejde foreslår en måde, hvorpå dette kan gøres robust, siger Nagy.
ETH-gruppen besluttede at bruge magneter til at forbinde sine moduler, da de ikke kræver strøm ombord og nemt kan overvåges udefra.
For at finde det bedste design til de selvsamlende kapsler testede forskerne forskellige designs i en plastikmodel af maven fyldt med væske. De kørte omkring 50 tests for hver af 12 forskellige konfigurationer af modulstørrelse, magnettype og magnetarrangement. En enkelt magnet med sin positiv-negative akse på overfladen af en længere kapsel fungerede bedst, hvilket gav en succesrate på 75 procent ved at forbinde de to kapsler; ændring af magnetmodulet for at gøre det mere fleksibelt øgede dette til 90 procent. Gruppen vil præsentere detaljer om linkmodulerne i denne uge på den internationale konference om intelligente robotter og systemer i Frankrig.
Arbejdet er interessant som koncept, da modulære robotter, der samles inde i kroppen, kunne muliggøre mere fleksible og komplekse mave-tarm-relaterede robotapplikationer, siger Metin Sitti , en videnskabsmand, der arbejder med at gribe robotkapsler ved Carnegie Mellon University. Nuværende kapsler bliver typisk større ved at tilføje flere funktionaliteter ... Samling af moduler ville have [færre] sådanne problemer.
Mavetest: Forskere ved det schweiziske føderale teknologiske institut i Zürich brugte en plastikmave til at se, hvilket magnetisk design der passer bedst i et begrænset rum fyldt med væske.
En af de vigtigste begrænsninger [af den synkelige billeddannelseskapsel] er batteriet, siger Milan Dodig , en gastroenterolog ved Cleveland Clinic, som bruger enheden til at behandle sine patienter. Det tager næsten 60 procent af kapslens volumen; den er ikke styrbar [og] kan stadig gå glip af ting. Billedernes vinkel er også begrænsende, og du kan ikke se hele [tarmen].
ETH-teamet var i stand til at detektere, hvor godt moduler var knyttet sammen ved at overvåge ændringer i feltet af hver magnet. Med [denne] simple metode kan jeg registrere, om en er tilsluttet, hvilket betyder, at jeg kan lave et billede på computeren, siger Nagy.
Den næste fase af forskningen vil involvere at sikre, at magneterne ikke skader væv, når de låser sammen. Dette vil involvere at teste systemet i en bevægelig kunstig mave eller en dyremave leveret af en partnergruppe. Holdet skal også finde en måde at kontrollere, hvordan kapslerne arrangerer sig selv.
Sådan noget som dette, der kunne sluges, samles selv og fjernstyres, ville være et stort fremskridt, siger Joseph Murray , en gastroenterolog på Mayo Clinic, som ikke var involveret i arbejdet. Han fortæller dog, at det bliver en udfordring at bruge magneterne sikkert.
Der er stor efterspørgsel fra læger på at have et styrbart, bevægelsesstyret kamera, tilføjer Frank Volke, projektleder ved Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering, i Sankt Ingbert, som er med til at udvikle en teknik til at styre Given Imagings pillekamera vha. magnetisk styring af den. Jeg synes, det er en meget interessant videnskabelig forskningstilgang, som kan tage længere tid til praktisk brug, siger Volke om ETH-arbejdet.
Nagy siger, at den magnetiske forbindelsesordning udviklet af hans team også kunne bruges til at bygge søge- og redningsrobotter, der kan glide gennem murbrokker og ind i trange rum. Man kan forestille sig at smide et par stykker af robotten i, og den samler sig selv, siger Nagy.