Miniaturowym robotom w skali milimetrowej często brakuje siły, aby przenosić narzędzia do mikrochirurgii endoskopowej przez ciało. Naukowcy z Niemieckiego Centrum Badań nad Rakiem (DKFZ) łączą obecnie kilka milimetrowych TrainBotów w jedną jednostkę i wyposażają je w ulepszone „stopy”. Po raz pierwszy zespołowi DKFZ udało się eksperymentalnie przeprowadzić elektryczny zabieg chirurgiczny w przypadku niedrożności dróg żółciowych za pomocą konwoju robotycznego.
Lista możliwych zastosowań miniaturowych robotów w medycynie jest długa: od celowanego podawania leków po zadania związane z wykrywaniem i procedury chirurgiczne. Opracowano i przetestowano już arsenał robotów do tego zakresu zadań, od skali nanometrowej po centymetrową.
Jednak dostępni dzisiaj mali pomocnicy osiągają swoje granice w wielu zadaniach. Na przykład w mikrochirurgii endoskopowej. Wymagane instrumenty są często zbyt ciężkie, aby robot wielkości jednego milimetra mógł je przenieść do miejsca przeznaczenia. Innym częstym problemem jest to, że roboty często muszą się poruszać, czołgając się. Jednak powierzchnie wielu struktur ciała pokryte są śluzem, po którym roboty ślizgają się i nie mogą się poruszać.
„Kolce” na stopach zapewniają trzykrotną siłę napędową
Zespół kierowany przez Tian Qiu z DKFZ w Dreźnie opracował rozwiązanie obu tych problemów: ich TrainBot łączy kilka pojedynczych robotów w skali milimetrowej. Urządzenia wyposażone są w ulepszone nóżki antypoślizgowe. Razem są w stanie przetransportować instrument endoskopowy. Jednostka TrainBot działa bezprzewodowo; wirujące pole magnetyczne jednocześnie steruje poszczególnymi jednostkami. Sterowanie magnetyczne umożliwia ruchy w płaszczyźnie z kontrolą obrotu. Zewnętrzny układ uruchamiania i sterowania zaprojektowany jest dla odległości w skali ciała człowieka.
Mikrochirurgia przewodu żółciowego
Naukowcy z DKFZ z Drezna wykorzystali już konwój robotów złożony z trzech jednostek TrainBot do symulacji zabiegu chirurgicznego. W przypadku raka dróg żółciowych często dochodzi do ich zablokowania, co powoduje cofanie się żółci, co jest bardzo niebezpieczną sytuacją dla osób dotkniętych chorobą. W takim przypadku zwarcie należy otworzyć po diagnostyce endoskopowej. W tym celu przez usta wprowadza się elastyczny endoskop do jelita cienkiego, a stamtąd do przewodu żółciowego. Jedną z głównych trudności jest poruszanie się endoskopu pod ostrym kątem od jelita cienkiego do przewodu żółciowego.
„W tym miejscu elastyczny konwój robotów może pokazać swoje mocne strony” – mówi lider projektu Tian Qiu. Jego zespół zademonstrował to, używając narządów pobranych od świni. Konwój robotów był w stanie manewrować instrumentem endoskopowym do elektrycznej ablacji tkanki w przewodzie żółciowym. Gdy końcówka drutu elektrodowego dotrze na miejsce, przykłada się napięcie elektryczne i stopniowo usuwa się blokadę tkanki w sposób elektryczny, co jest procedurą znaną jako „elektrokauteryzacja”. Zastosowany drut elektrodowy miał 25 cm długości i był trzy i pół razy cięższy niż urządzenie TrainBot. „Na przykład inny konwój TrainBotów może przywieźć cewnik do drenażu płynów lub podawania leków” – mówi Moonkwang Jeong, pierwszy autor artykułu. „Po obiecujących wynikach uzyskanych za pomocą TrainBotów w modelu narządów jesteśmy optymistami, że uda nam się będziemy mogli rozwijać zespoły miniaturowych robotów do dalszych zadań w chirurgii endoskopowej.”
