Miniaturowy robot może usprawnić małoinwazyjną chirurgię. Urządzenie jest inspirowane organizmem gekona i ruchami gąsienic [DEPESZA]

Kanadyjscy naukowcy wykorzystali sposób poruszania siÄ™ gÄ…sienic i gekonów do zbudowania miÄ™kkiego robota wspinajÄ…cego siÄ™. Chociaż już wczeÅ›niej tworzono urzÄ…dzenia inspirowane ruchami i budowÄ… tych zwierzÄ…t, to naukowcom z Waterloo Institute for Nanotechnology udaÅ‚o siÄ™ zachować miniaturowÄ… konstrukcjÄ™ robota, a także zdalne sterowanie nim. DziÄ™ki temu GeiwBot może znaleźć zastosowanie w medycynie i przeprowadzać maÅ‚oinwazyjne zabiegi wewnÄ…trz ludzkiego organizmu.

– InspiracjÄ… do stworzenia robota byÅ‚y systemy biologiczne wystÄ™pujÄ…ce w przyrodzie. TÄ™ dziedzinÄ™ badaÅ„ okreÅ›la siÄ™ mianem biomimetyki lub biomimikry. Chociaż czÅ‚owiek jest w stanie zaprojektować wiele niezwykÅ‚ych rzeczy, nie możemy zapominać o naturze, w której szereg konstrukcji istnieje już od milionów lat. BadajÄ…c takie systemy, możemy opracować proste i sprytne rozwiÄ…zania różnych problemów. InspiracjÄ… do stworzenia GeiwBota ‒ robota zdolnego do swobodnego poruszania siÄ™ w sposób ciÄ…gÅ‚y ‒ byÅ‚o poÅ‚Ä…czenie techniki wspinania siÄ™ gekona i ruchu gÄ…sienicy – wyjaÅ›nia w rozmowie z agencjÄ… Newseria Innowacje dr Boxin Zhao z WydziaÅ‚u Inżynierii Chemicznej Waterloo Institute for Nanotechnology.

NiezwykÅ‚a zdolność gekonów do wspinania siÄ™ jest Å›ciÅ›le zwiÄ…zana z unikalnÄ… strukturÄ… powierzchni ich koÅ„czyn poroÅ›niÄ™tych keratynowymi mikrowÅ‚oskami. TakÄ… budowÄ™ wykorzystali też naukowcy z Kanady.

– GeiwBot skÅ‚ada siÄ™ z trzech elementów: stopy, nogi i tuÅ‚owia. Stopa jest wykonana z syntetycznej, magnetycznej folii samoprzylepnej o filarowej konstrukcji mikronowej wielkoÅ›ci. Konstrukcja ta imituje mikrostrukturÄ™ opuszków palców gekonów, które poruszajÄ… siÄ™ tak, by idealnie dopasować siÄ™ do powierzchni, po której zwierzÄ™ siÄ™ wspina. Dodatki magnetyczne zapewniajÄ… wytrzymaÅ‚ość, poprawiajÄ…c przyczepność robota do powierzchni w przypadku wystawienia na dziaÅ‚anie pola magnetycznego. Ruch uzyskuje siÄ™ poprzez wystawienie tuÅ‚owia i nogi na dziaÅ‚anie promieni UV. PowodujÄ… one, że elastomery ciekÅ‚okrystaliczne, tzn. specjalny rodzaj tworzywa sztucznego, ulegajÄ… wygiÄ™ciu. Poprzez naprzemienne stosowanie promieni UV i pola magnetycznego robot wspina siÄ™ po powierzchni, a jego ruch przypomina misterny taniec – mówi dr Boxin Zhao.

Inżynierowie już wczeÅ›niej inspirowali siÄ™ tymi zwierzÄ™tami, tworzÄ…c roboty przeznaczone do chodzenia po Å›cianach i sufitach. Dotychczas tworzone urzÄ…dzenia wspinajÄ… siÄ™, korzystajÄ…c z pneumatycznych lub elektrostatycznych nóżek zintegrowanych z miÄ™kkimi siÅ‚ownikami przypominajÄ…cymi mięśnie. ZużywajÄ… one jednak dużo energii do tego, by utrzymywać stabilność. CzÄ™sto też muszÄ… być poÅ‚Ä…czone z urzÄ…dzeniem sterujÄ…cym za pomocÄ… kabla. Robot opracowany przez Kanadyjczyków jest pozbawiony tych wad, co otwiera drogÄ™ do szerokiego zastosowania.

– Zastosowane rozwiÄ…zania umożliwiÅ‚y zachowanie miniaturowej konstrukcji robota. Brak systemów okablowania na potrzeby zapewnienia ruchu i przyczepnoÅ›ci oraz możliwość swobodnego poruszania siÄ™ robota pozwalajÄ… na dodatkowe zmniejszenie jego rozmiaru, co do tej pory byÅ‚o trudne do osiÄ…gniÄ™cia – podkreÅ›la naukowiec z Waterloo Institute for Nanotechnology. – PoruszajÄ…cy siÄ™ swobodnie miÄ™kki robot otwiera drogÄ™ do potencjalnych zastosowaÅ„ chirurgicznych poprzez zdalne sterowanie wewnÄ…trz ludzkiego ciaÅ‚a.

Robot ma okoÅ‚o 4 cm dÅ‚ugoÅ›ci, 3 mm szerokoÅ›ci i 1 mm gruboÅ›ci. Badacze podkreÅ›lajÄ…, że jego rozmiar stwarza dużo możliwoÅ›ci zastosowania w różnych dziedzinach, a jednÄ… z nich jest medycyna, np. chirurgia maÅ‚oinwazyjna czy biopsje. Robot mógÅ‚by na przykÅ‚ad pobierać próbkÄ™ tkanki do dalszych badaÅ„ lub przesuwać stent, by odblokować zatkane naczynie krwionoÅ›ne.

– Przeprowadzone badania stanowiÄ… znaczÄ…cy krok w rozwoju najnowoczeÅ›niejszych innowacji w dziedzinie miÄ™kkiej robotyki. W ramach kolejnego etapu badaÅ„ prawdopodobnie skupimy siÄ™ na opracowaniu miÄ™kkiego, wspinajÄ…cego siÄ™ robota napÄ™dzanego w caÅ‚oÅ›ci Å›wiatÅ‚em. Nie bÄ™dzie wymagaÅ‚ zastosowania pola magnetycznego i wykorzysta promieniowanie bliskiej podczerwieni zamiast Å›wiatÅ‚a UV, co pozwoli poprawić jego biokompatybilność.  Idealnie byÅ‚oby, gdyby ulepszony GeiwBot 2.0 byÅ‚ w stanie poruszać siÄ™ dziÄ™ki pojedynczemu źródÅ‚u bliskiej podczerwieni, które emituje impulsy o różnej dÅ‚ugoÅ›ci fali, a każda dÅ‚ugość fali wyzwoliÅ‚aby inny ruch GeiwBota – zapowiada dr Boxin Zhao.

WedÅ‚ug Allied Market Research Å›wiatowy rynek biomimetyki medycznej przekroczyÅ‚ w 2021 roku 35 mld dol. przychodów. Do 2031 roku jego wycena zbliży siÄ™ do 69 mld dol.