08/11/2024
Door Ad Spijkers
Dankzij een nieuw methode voor 3D-robotnavigatie zijn medische procedures op meerdere locaties tegelijk mogelijk.
In de klinische praktijk komen meerdere ziektelocaties veel voor. In de hersenen kunnen geblokkeerde bloedvaten bijvoorbeeld beroertes veroorzaken, waarbij het gebrek aan zuurstof snel hersencellen beschadigt. Als meerdere bloedvaten geblokkeerd zijn, kunnen kritieke hersengebieden van bloed worden beroofd, wat kan leiden tot ernstige neurologische schade of zelfs de dood als het onbehandeld blijft. Dit onderstreept de dringende behoefte aan geavanceerde technologieën om aandoeningen op meerdere locaties te behandelen.
Magnetische aansturing
Magnetisch aangestuurde zachte robots hebben een aanzienlijk potentieel om moeilijk bereikbare delen van het lichaam te bereiken en te behandelen. Ze kunnen gerichte medicijnafgifte faciliteren en stroomomleiding ondersteunen. Het gebruik van meerdere robots kan gelijktijdige behandeling van meerdere locaties mogelijk maken, wat kritieke tijd bespaart en lokale zorg mogelijk maakt.
Wetenschappers van het Max Planck Institut für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart hebben dit onderzocht. Ze hebben een robotsysteem ontwikkeld dat robots van 5 mm groot inzet die medicijnen afleveren of de vloeistofstroom omleiden op meerdere locaties binnen een 3D-netwerk van kanaaltjes, dat erg lijkt op een netwerk van echte bloedvaten. Meerdere robots kunnen onafhankelijk van elkaar worden aangestuurd om door kronkelige kanaaltjes te navigeren en hun functies tegelijkertijd uit te voeren.
Rotatie
Het aangestuurde object is een magnetische robot in de vorm van een stent, ontworpen om zich flexibel aan te passen aan veranderingen in het kanaal. Om door het netwerk van kanalen te navigeren, heeft de robot een sterke magnetische kracht nodig om wrijving en vloeistofstroom te overwinnen. Als de kracht onvoldoende is, kan de robot niet vooruit bewegen. Door de magnetische kracht op ongewenste robots te verminderen en deze op de gewenste robot te vergroten, kan één robot worden ingeschakeld om te bewegen terwijl de anderen stil blijven staan.
De robot wordt bestuurd door een roterende permanente magneet, met voorgestelde invloeds- en rotatiegebieden om de bruikbaarheid te verbeteren. Door de magneet buiten het invloedsgebied te plaatsen, worden ongewenste robots uitgeschakeld, terwijl de doelrobot wordt geactiveerd door deze binnen het actuatiegebied te plaatsen, wat de operator intuïtieve controle biedt. In de praktijk voert de gebruiker eenvoudig de gewenste punten in en gebruikt een robotarm een padplanning-algoritme om de robots automatisch in te zetten, waardoor het systeem gebruiksvriendelijk en eenvoudig te implementeren is.
Ontwikkeling
Voor de onderzoekers was het echter een hele uitdaging om meerdere magnetische robots tegelijk te besturen. Tenslotte worden alle magnetische onderdelen op dezelfde manier beïnvloed door het magneetveld. Het onderzoek biedt een oplossing voor multi-robot-actuatie, wat de toepassingen in verschillende miniatuur zachte robotische apparaatontwerpen in complexe omgevingen verbetert.
Het voorgestelde systeem heeft het potentieel om wegen te openen voor een breed scala aan biomedische toepassingen door een groep zachte robots in te zetten. Deze kunnen zijn voorzien van diverse functionele modules om moeilijk bereikbare gebieden diep in het menselijk lichaam te bereiken voor gerichte therapie.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: MPI-IS