Robot kawanan kecil yang terinspirasi dari bio untuk intervensi medis yang ditargetkan
Robot

Robot kawanan kecil yang terinspirasi dari bio untuk intervensi medis yang ditargetkan


Microswimmer alami seperti spermatozoa dan bakteri memanfaatkan kondisi batas tanpa selip untuk melakukan gerakan hulu di sepanjang dinding. Gambar 1: Kredit: Ahmed et al.

Robot berukuran mikro dapat membawa gelombang inovasi baru di bidang medis dengan memungkinkan dokter mengakses wilayah tertentu di dalam tubuh manusia tanpa memerlukan prosedur yang sangat invasif. Antara lain, robot kecil ini dapat digunakan untuk membawa obat, gen, atau zat lain ke situs tertentu di dalam tubuh, membuka kemungkinan baru untuk mengobati berbagai kondisi medis.

Para peneliti di ETH Zurich dan Helmholtz Institute Erlangen – Nürnberg untuk Energi Terbarukan baru-baru ini mengembangkan robot berukuran mikro dan nano yang diilhami oleh perenang mikro biologis (misalnya, bakteri atau spermatozoa). Robot kecil ini, disajikan dalam makalah yang diterbitkan di Kecerdasan Mesin Alam, mampu bergerak ke atas, yang pada dasarnya berarti bahwa mereka dapat bergerak secara mandiri ke arah yang berlawanan dengan aliran fluida (misalnya darah). Ini membuat mereka sangat menjanjikan untuk campur tangan di dalam tubuh manusia.

“Kami percaya bahwa gagasan yang dibahas dalam studi multidisiplin kami dapat mengubah banyak aspek kedokteran dengan memungkinkan tugas-tugas seperti pengiriman obat atau gen yang tepat sasaran dan tepat, serta memfasilitasi operasi non-invasif,” Daniel Ahmed, penulis utama makalah baru-baru ini. , kepada TechXplore.

Sistem mikro / nanorobotik nirkabel yang terinspirasi dari hayati dan nirkabel yang dikembangkan oleh Ahmed dan rekan-rekannya memanfaatkan kondisi batas dinding tanpa selip untuk bergerak ke hulu, menanggapi bidang akustik dan magnet yang dipicu secara eksternal. Dengan berenang melawan aliran darah ke hulu, robot dapat digunakan untuk mengirimkan molekul obat kecil ke situs di dalam tubuh yang sangat sulit dijangkau.

Robot kawanan kecil yang terinspirasi dari bio untuk intervensi medis yang ditargetkan

Dalam sistem bioinspired, partikel superparamagnetik disuntikkan ke kapiler merakit sendiri ke dalam microswarm berputar karena interaksi dipol-dipol dari medan magnet yang berputar. Microswarm terbukti terpinggirkan ke arah dinding karena adanya node tekanan akustik (ditandai sebagai garis hitam putus-putus). Gambar 1: Kredit: Ahmed et al.

“Robot yang diinduksi oleh medan eksternal adalah konsep yang menarik karena mereka tidak memerlukan catu daya onboard atau bagian bergerak yang rumit, yang berarti bahwa mereka dapat diperkecil ke resolusi berukuran nanometer,” kata Ahmed. “Selain itu, medan akustik dan magnet aman bagi manusia, bersifat non-invasif, dapat menembus jauh ke dalam tubuh manusia, dan berkembang dengan baik dalam pengaturan klinis.”

Dengan menggabungkan medan akustik dan magnet, sistem robotik yang dibuat oleh para peneliti dapat membantu mengatasi beberapa masalah yang diamati pada perenang mikro buatan lainnya yang didasarkan pada teknik aktuasi tunggal. Selain itu, karena merespons bidang yang diterapkan di luar tubuh, robot mikro / nano tidak memerlukan catu daya terpasang atau komponen yang sangat canggih dan mahal.

“Biasanya, agen kecil yang disuntikkan akan mengikuti aliran darah pembuluh darah dengan sedikit atau tanpa kendali dalam sistem peredaran darah,” jelas Ahmed. “Temuan terbaru, bagaimanapun, telah menunjukkan bahwa banyak mikroswimmer yang terjadi secara alami seperti bakteri dan spermatozoa menunjukkan daya dorong melawan aliran dengan memanfaatkan kondisi batas nonslip dinding. Gerakan ke atas menjadi mungkin karena kecepatan di dinding minimum.”

Robot kawanan kecil yang terinspirasi dari bio untuk intervensi medis yang ditargetkan

Urutan gambar menunjukkan rheotaxis dari mikroswarm yang bergulir di sepanjang dinding kapiler (dilacak dengan warna biru) dalam gabungan medan akustik dan magnet. Garis arus dari aliran yang diarahkan berlawanan ditunjukkan oleh lintasan cyan, hijau dan merah. Gambar 1: Kredit: Ahmed et al.

Sejauh ini, penggunaan robot berukuran mikro atau nano dalam pengobatan masih terbatas, terutama di dalam sistem vaskular (yaitu, pembuluh yang melaluinya darah dan getah bening bergerak ke seluruh tubuh). Salah satu alasannya adalah robot yang beroperasi dalam sistem vaskular harus dengan mudah dikendalikan dengan cara non-invasif dan harus dapat bergerak berlawanan arah dengan aliran darah, dua karakteristik yang sejauh ini terbukti cukup sulit untuk dipahami. mencapai.

Sistem robotik baru yang dikembangkan oleh Ahmed dan rekan-rekannya memiliki kedua kualitas ini, karena mampu bergerak ke hulu dan dikendalikan menggunakan medan magnet akustik yang diterapkan secara eksternal. Di masa depan, penelitian terbaru ini dapat membuka kemungkinan baru yang menarik untuk melakukan operasi yang ditargetkan atau mengirimkan zat ke tempat tertentu di dalam tubuh melalui sistem vaskular.

“Kecepatan aliran darah pada model hewan kecil, seperti tikus, tikus, dan ikan zebra, berada dalam kisaran beberapa mms−1, “Kata Ahmed.” Kami sekarang berencana untuk menggabungkan sistem mikrorobotik kawanan kami dengan modalitas pencitraan yang tepat untuk memvisualisasikan dan menavigasi robot secara in vivo pada hewan kecil. Kemampuan untuk mendorong aliran dapat memberikan peluang yang menarik untuk aplikasi dalam terapi bertarget di pembuluh darah tumor. ”


Robot mikro yang terinspirasi dari sel darah putih


Informasi lebih lanjut:
Robot penghangat mikro akustik-magnetik bioinspired dengan motilitas hulu. Kecerdasan Mesin Alam(2021). DOI: 10.1038 / s42256-020-00275-x.

© 2021 Science X Network

Kutipan: Robot kawanan kecil yang terinspirasi dari bio untuk intervensi medis yang ditargetkan (2021, 25 Januari) diambil pada 25 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-tiny-bio-inspired-swarm-robots-medical.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Singapore Prize