Miniaturowe przeguby robotyczne przyszłością chirurgii
Mikroroboty mogą zajmować ważne miejsce w przyszłych systemach opieki zdrowotnej. Robotyka umożliwia już wykonywanie minimalnie inwazyjnych operacji, których przykładem jest usunięcie guza mózgu przez mały otwór w czaszce. Powodzenie tej operacji zależy od ruchu, stabilności i systemu kontroli przegubów robotycznych. W ramach finansowanego przez UE projektu UWIPOM2 naukowcy pracowali nad zmniejszeniem rozmiarów takich przegubów do poziomu rzędu mikronów, opracowując miniaturowe mikrorobotyczne przeguby do operacji chirurgicznych i innych interwencji medycznych. „Rozwiązanie UWIPOM2 będzie stanowić kluczowy element technologii mikrorobotyki wykorzystywanych do zastosowań medycznych, ale także w innych dziedzinach, takich jak nanosatelity, bezpieczeństwo, mechatronika czy mikroelektronika”, wyjaśnia Efrén Díez Jiménez, profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie w Alcalá w Hiszpanii i koordynator projektu UWIPOM2. „Mamy już do dyspozycji technologie mikroczujników, mikrokomunikacji, a nawet mikroskopii, ale komponentem, który może pozwolić w pełni wykorzystać potencjał mikrorobotyki, będą właśnie przeguby mikrorobotyczne opracowane w projekcie UWIPOM2”, dodaje Díez Jiménez.
Mikrorobotyczny przegub zasilany bezprzewodowo
Nowa technologia UWIPOM2 ma postać makroskopijnego robotycznego przegubu z silnikiem i przekładnią, składającego się z magnesów i elektrycznego jarzma wytwarzającego pole magnetyczne. Cały system jest zasilany przez fale elektromagnetyczne, co oznacza pełną autonomię każdego narzędzia lub mikrorobota, w którym jest stosowany. „Robotyczny przegub jest sam w sobie nowym urządzeniem, a wszystkie jego komponenty stanowią znaczący przełom technologiczny”, mówi Díez Jiménez. „Zanim rozpoczęliśmy realizację projektu, nikomu nie udawało się wyprodukować tak małych części, nie wspominając już o złożeniu z nich większych urządzeń”. Mikrosilnik UWIPOM2 odznacza się gęstością momentu obrotowego podobną do silników makroskopowych i jest najcieńszym silnikiem w historii, co oznacza, że można go zintegrować z ultracienkimi cewnikami w celu stosowania w minimalnie inwazyjnych interwencjach chirurgicznych. Silnik okazał się trwały – jego żywotność wynosi ponad 70 godzin pracy przy niskiej prędkości – i zdolny do poruszania mas nawet większych niż jego własna. Może też obracać się z bardzo dużą prędkością (27 000 obrotów na minutę) oraz jest odporny na wewnętrzne ciepło i zdolny do jego efektywnego rozpraszania. „Dzięki mikrosiłownikom i mikrosilnikom UWIPOM2 możliwe będzie tworzenie sterowanych cewników, ultraprecyzyjnych systemów ablacji laserowej, systemów IVUS i systemów ściernych, a także innych potencjalnych możliwych zastosowań medycznych”, twierdzi Díez Jiménez.
Testy urządzenia
W ramach projektu UWIPOM2 zespół opracował, wyprodukował i przetestował siłowniki i silniki o mikrometrowych rozmiarach, które mogą działać w środowiskach płynnych, takich jak te występujące wewnątrz organizmu. „Trzeba wyraźnie podkreślić, że każde z rozwiązań niezbędnych do osiągnięcia tego ostatecznego celu było ogromnym wyzwaniem technicznym”, mówi Díez Jiménez. Jeśli uda się dopracować tę technologię i pewnego dnia zastosować ją w systemach opieki zdrowotnej, chirurdzy będą mieli do dyspozycji znacznie bardziej precyzyjne narzędzia i nie musieli w tak wysokim stopniu polegać na zręczności manualnej podczas wykonywania precyzyjnych zabiegów. „Może ona nawet pozwolić na zdalne przeprowadzanie wysoce precyzyjnych interwencji bez konieczności obecności chirurga specjalisty na sali operacyjnej”, zauważa Díez Jiménez. „Ponadto, dzięki większej mobilności narzędzi możliwe będzie wykonywanie operacji w trudno dostępnych miejscach, w przypadku których obecnie nie ma rozwiązań technologicznych”.
Słowa kluczowe
UWIPOM2, robot, przegub, chirurgia, operacje, bezprzewodowe, siłowniki
