Minikorobotar kan färdas genom den mänskliga kroppen genom att tumla

Ingenjörer vid Purdue University har utvecklat en liten rektangulär robot som kan fungera inom den mänskliga kroppen. Den nya tekniken, som demonstrerades i levande djurmodeller, bringar oss närmare att utnyttja kraften från robotar för många banbrytande tillämpningar, särskilt inom hälso- och sjukvården.

Den nya studien publicerades i Nature Machine Intelligence.

Roboten, som rörde sig genom kolon med hjälp av bakåtvända saltomortaler, är ett verktyg för transport av läkemedel. Organ som kolon anses vara grov terräng, vilket delvis förklarar bakåtvända saltomortale-aspekten av tekniken. Det är den första demonstrationen av en tumlande mikrorobot in vivo.

En av de stora fördelarna med att använda en liten robot för att leverera läkemedel är att den kan träffa den exakta målpunkten. Genom att göra detta kan roboten undvika att påverka andra organ som läkemedlen kan interagera med, vilket kan orsaka bieffekter som håravfall och magblödning.

Mikroroboten drivs och styrs trådlöst av ett magnetfält på utsidan.

David Cappelleri är en biträdande professor i maskinteknik vid Purdue.

“När vi applicerar ett roterande yttre magnetfält på dessa robotar, roterar de precis som en bilhjul skulle över grov terräng”, sa Cappelleri. “Magnetfältet tränger också säkert igenom olika typer av medier, vilket är viktigt för att använda dessa robotar i den mänskliga kroppen.”

Kolon valdes på grund av dess lätta ingångspunkt, samt dess svåra miljö.

Luis Solorio är en biträdande professor vid Purdues Weldon School of Biomedical Engineering.

“Att flytta en robot runt i kolon är som att använda en people-walker på en flygplats för att komma till en terminal snabbare. Inte bara rör sig golvet, utan också människor runt omkring”, sa Solorio.

“I kolon har du alla dessa vätskor och material som följer längs vägen, men roboten rör sig i motsatt riktning. Det är inte en lätt resa.”

Den svåra miljön gör robotens förmåga att fungera inom den ännu mer imponerande

https://www.youtube.com/watch?v=9OsYpJFWnN8&feature=youtu.be

Experiment

De in vivo-experimenten ägde rum i kolonerna hos levande möss, som sattes under anestesi. En mikrorobot placerades först i en saltlösning innan den infördes i mössen, och ultraljudsutrustning hjälpte till att observera dess rörelser i realtid.

Forskarna fastställde också att mikrorobotarna kunde fungera framgångsrikt i grisar, på grund av likheterna mellan tarmarna hos djuret och människan.

Craig Goergen är Purdues Leslie A. Geddes Associate Professor of Biomedical Engineering.

Mikroroboten var täckt med ett fluorescerande mock-läkemedel, och den kunde framgångsrikt transportera läkemedlet genom lösningen medan den tumlade.

“Vi kunde få en fin, kontrollerad frisättning av läkemedelslasten. Detta betyder att vi potentiellt kunde styra mikroroboten till en plats i kroppen, lämna den där och sedan låta läkemedlet sakta komma ut. Och eftersom mikroroboten har ett polymerbelägg, skulle läkemedlet inte falla av före det nådde en målpunkt”, sa Solorio.

Mikrorobotarna är tillverkade av polymer och metall, som är icke-toxiska och biologiskt nedbrytbara.

“Ur ett diagnostiskt perspektiv kan dessa mikrorobotar förhindra behovet av minimalt invasiva koloskopier genom att hjälpa till att samla in vävnad. Eller de kunde leverera laster utan att behöva göra förberedelserna som krävs för traditionella koloskopier”, sa Goergen.