211service.com
Een zelfassemblerende maagbot bouwen
Artsen hebben lang gezocht naar betere manieren om de werking van het menselijk lichaam te onderzoeken zonder hun patiënten open te snijden. Een inslikbare camera, iets groter dan een normale pil, kan al foto's maken terwijl hij door de maag en darmen zweeft, wat een minder ingrijpende manier is om een diagnose te stellen dan een endoscoop of operatie. Nu test een consortium van Europese onderzoekers een manier om verschillende slikbare apparaten met elkaar te verbinden om een chirurgische robot te creëren die zichzelf in de maag zou assembleren.
Gelinkt: Door magnetische verbindingen tussen capsules te gebruiken, hopen onderzoekers een slangachtige robot te bouwen die zichzelf in de maag van een patiënt kan assembleren.
Het Israëlische bedrijf dat de eerste pillencamera's ontwikkelde, Given Imaging, werkt momenteel aan een manier om de beweging van zijn cameracapsule van buiten het lichaam te regelen. Verschillende academische onderzoeksgroepen onderzoeken ook manieren om slikbare capsules zichzelf te laten manoeuvreren door te rollen, kruipen of aan weefsel te kleven. Met meer controle zouden artsen ziekten beter kunnen diagnosticeren en mogelijk zelfs behandelen. Maar de mogelijkheden van dergelijke darminrichtingen zullen nog steeds beperkt zijn omdat een capsule klein genoeg moet blijven om comfortabel te kunnen worden ingeslikt.
Een samenwerking van onderzoekers uit Italië, Frankrijk, Zwitserland en Spanje, genaamd ARES , test een manier om meerdere capsules automatisch in elkaar te klikken. Elk zou afzonderlijk worden ingeslikt voordat het wordt samengevoegd tot een complexer apparaat als het eenmaal veilig in de maag is.
Het uiteindelijke doel is dat elke capsule een andere taak uitvoert: één voor beeldvorming, één voor stroomvoorziening, één voor het nemen van monsters, enzovoort. Eenmaal in de maag zouden de capsules aan elkaar worden gekoppeld, waardoor een slangachtig apparaat ontstond dat door de darmen zou kunnen glijden en complexere taken zou uitvoeren dan die welke worden uitgevoerd door een enkele capsule of meerdere vrij zwevende.
multimedia
Klik hier om te zien hoe onderzoekers het zelfassemblerende modulaire experiment uitvoerden.
Klik hier om een proof of concept van de inslikbare modules in actie te zien.
In plaats van een enkele capsule, stellen we een modulaire aanpak voor waarbij elk van de capsules verschillende functionaliteiten kan hebben, zegt Zoltán Nagy , een onderzoeker aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie (ETH), in Zürich, en een lid van het ARES-project. Voordat we echt kunnen praten over zulke complexe robots in de maag, moeten we het fundamentele probleem van zelfassemblage oplossen. Ons werk suggereert een [manier waarop] dit robuust kan worden gedaan, zegt Nagy.
De ETH-groep besloot magneten te gebruiken om de modules aan te sluiten, omdat ze geen stroom aan boord nodig hebben en gemakkelijk van buiten het lichaam kunnen worden gecontroleerd.
Om het beste ontwerp voor de zelf-assemblerende capsules te vinden, testten de onderzoekers verschillende ontwerpen in een plastic model van de maag gevuld met vloeistof. Ze voerden ongeveer 50 tests uit voor elk van de 12 verschillende configuraties van modulegrootte, magneettype en magneetopstelling. Een enkele magneet met zijn positief-negatieve as op het oppervlak van een langere capsule werkte het beste, wat een succespercentage van 75 procent opleverde bij het verbinden van de twee capsules; het aanpassen van de magneetmodule om deze flexibeler te maken, verhoogde dit tot 90 procent. De groep zal deze week details van de koppelingsmodules presenteren op de internationale conferentie over intelligente robots en systemen in Frankrijk.
[Het] werk is interessant als een concept, omdat modulaire robots die in het lichaam worden geassembleerd, flexibelere en complexere gastro-intestinale robottoepassingen mogelijk kunnen maken, zegt Metin Sitti , een wetenschapper die werkt aan het vastgrijpen van robotcapsules aan de Carnegie Mellon University. Huidige capsules worden doorgaans groter door meer functionaliteiten toe te voegen ... Het assembleren van modules zou [minder] dergelijke problemen hebben.
Maagtest: Onderzoekers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich gebruikten een plastic maag om te zien welk magnetisch ontwerp het beste aansluit in een beperkte ruimte vol vloeistof.
Een van de belangrijkste beperkingen [van de inslikbare beeldcapsule] is de batterij, zegt: Milaan Dodig , een gastro-enteroloog bij Cleveland Clinic, die het apparaat gebruikt om zijn patiënten te behandelen. Het neemt bijna 60 procent van het volume van de capsule in beslag; het is niet bestuurbaar [en] kan nog steeds dingen missen. De hoek van de afbeeldingen is ook beperkend en je kunt de volledige [darm] niet zien.
Het ETH-team kon detecteren hoe goed modules met elkaar verbonden waren door veranderingen in het veld van elke magneet te volgen. Met [deze] eenvoudige methode kan ik detecteren of er een is aangesloten, wat betekent dat ik een afbeelding op de computer kan maken, zegt Nagy.
In de volgende fase van het onderzoek moet ervoor worden gezorgd dat de magneten het weefsel niet beschadigen wanneer ze in elkaar grijpen. Hierbij wordt het systeem getest in een bewegende kunstmaag of een dierenmaag van een partnergroep. Het team moet ook een manier vinden om te controleren hoe de capsules zichzelf rangschikken.
Zoiets als dit dat kan worden ingeslikt, zelf in elkaar kan worden gezet en op afstand kan worden bestuurd, zou een grote vooruitgang zijn, zegt Joseph Murray , een gastro-enteroloog bij de Mayo Clinic, die niet bij het werk betrokken was. Hij zegt echter dat het een uitdaging wordt om de magneten veilig te gebruiken.
Er is een grote vraag van artsen naar een bestuurbare, bewegingsgestuurde camera, voegt Frank Volke toe, een projectleider bij het Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering, in Sankt Ingbert, die helpt bij het ontwikkelen van een techniek voor het aansturen van de pillencamera van Given Imaging door het magnetisch regelen. Ik denk dat het een zeer interessante wetenschappelijke onderzoeksbenadering is die voor praktisch gebruik langer kan duren, zegt Volke over het ETH-werk.
Nagy zegt dat het magnetische koppelingsschema dat door zijn team is ontwikkeld, ook kan worden gebruikt om zoek- en reddingsrobots te bouwen die door puin en in krappe ruimtes kunnen glijden. Je kunt je voorstellen dat je een paar stukjes van de robot erin gooit en het zelfassembleert, zegt Nagy.