با تلاش یک تیم تحقیقاتی؛

ابداع روبات میکروسکوپی منعطفی که درون رگ حرکت می‌کند

یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی به تازگی یک سیستم میکروروباتیک با کاربرد بسیار زیاد در انواع جراحی‌ها را ابداع کردند.

کد خبر: ۸۳۹۳۷۴

جمعه - ۲۲ فروردين ۱۳۹۹ / April 10, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی به تازگی یک سیستم میکروروباتیک با کاربرد بسیار زیاد، از انجام جراحی‌های میکروسکوپی یا ریزجراحی‌ها گرفته تا رساندن کالا به انسان ابداع کرده است. این روبات بر پایه اید‌ه‌ای ساخته شده که تقریبا یک دهه پیش توسط همین تیم مطرح شده بود.

دکتر اشمیت، رهبر این تیم تحقیقاتی، می‌گوید: تقریبا ۱۰ سال پیش شروع به تحقیقات درباره ایده ساخت یک روبات میکروسکوپی کردیم که توسط یک موتور جت قدرتمند و به صورت خودکار حرکت می‌کند و دارای مولفه‌های ریز الکترونی است.

وی می‌افزاید: ایده ابتدایی ما ساخت یک سیستم میکروسکوپی هوشمند و خودکار بود که بتواند با سلول‌های زنده هم‌اندازه خود ارتباط برقرار کند. این سیستم باید بتواند حرکت کند، محیط اطراف خود را حس کند، کالا‌ها را منتقل کند، دارو‌ها را تحویل دهد و از پس ریزجراحی‌ها برآید.

از زمانی که اشمیت و همکارانش مفهوم کلی از یک سیستم روباتیک میکروسکوپی معرفی کردند، تیم آن‌ها و بسیاری از دیگر تیم‌های پژوهشی برای ساخت تکنولوژی‌هایی مشابه ابتدا در سطوح کشت میکروبی تلاش کردند. پیاده‌سازی چنین سیستمی در بدن انسان بسیار چالش برانگیزتر است. در واقع، این سیستم برای انجام ماموریت در بدن نیازمند کنترل از بیرون از بدن است و باید اطلاعاتی را که جمع‌آوری می‌کند به راحتی به بیرون بدن ارسال کند.

اشمیت توضیح می‌دهد: برای اینکه سیستم ریزروبات بتواند در بدن انسان کار کند، باید دارای انرژی الکتریکی و قطعاتی، چون گیرنده، محرک، آنتن و مداربندی ریز الکترونیک باشد.

اشمیت و همکارانش در همین راستا، سیستم میکروسکوپی منعطف خود را با ادغام علوم الکترونیک نانو و میکرو روی سطح یک تراشه، مشابه تکنولوژی سیلیکونی موجود در تراشه‌های کامپیوتری طراحی کردند. البته یک تفاوت کلیدی بین این سیستم و تراشه‌های معمولی وجود دارد؛ طراحی‌های قبلی دارای موتور جت پیش‌رانشی بودند که با استفاده از رویکردی که تقریبا ۲۰ سال پیش مهندسی شده بود ساخته می‌شدند، ولی در حال حاضر در بدنه اصلی تولید ریزالکترونیک‌ها به ندرت از آن استفاده می‌شود.

رمز این کار در قرار دادن مواد فوق فشرده و نازک روی تراشه است که وقتی به صورت لایه لایه از تراشه جدا می‌شوند، به ساختار‌های لوله‌ای میکروسکوپی رول مانند تبدیل می‌شوند. اگر این فرایند با دقت کنترل شود می‌توان ساختار‌های لوله شده را محکم به دو طرف سیستم ریزروبات متصل کرد. اگر این ریز لوله‌ها از درون با پلاتینیوم روکش شوند، هرگاه که پلاتینیوم با محلول مایع دارای کمی هیدروژن پراکسید یا آب اکسیژنه تماس پیدا کند، حباب‌های اکسیژن آزاد می‌شود.

هنگامی که این سیستم ریزروبات درون محلول حاوی آب اکسیژنه قرار می‌گیرد، محلول وارد دو ریزلوله می‌شود و حباب‌های اکسیژن را رها می‌کند. در ادامه این حباب‌ها از انتهای ریزلوله‌ها با فشار خارج می‌شوند و سیستم را با استفاده از سازوکاری مشهور به رانش فورانی پیش می‌برند.

دکتر اشمیت می‌گوید: روش نیروی محرکه فورانی ۱۲ سال پیش توسط همین تیم طراحی شده بود، اما تاکنون هیچ موتور جت دوقلویی مشابه آنچه در این پژوهش انجام دادیم، ساخته نشده است.

این فرآیند را می‌توان با استفاده از تغییر دمای موتور‌های جت پیشرانش کنترل کرد. به این صورت که دمای بالا منجر به ایجاد حباب‌های بیشتر و فوران قوی‌تر و دمای پایین منجر به ایجاد حباب‌های کمتر و فوران ضعیف‌تر می‌شود.

این تیم با استفاده از جریانی که از یک المنت مقاومتی متصل به موتور عبور می‌کند دمای یکی از موتور‌های جت را کنترل کردند. تغییرات دما میزان حباب‌ها را افزایش می‌دهد و اختلاف میزان فوران در یکی از موتور‌ها به سیستم این اجازه را می‌دهد که به راست یا چپ بچرخد.

دانشمندان برای تامین قطعه‌ای که المنت مقاومتی را گرم می‌کند، یک آنتن بسیار کوچک را روی سیستم میکروسکوپی سوار کردند که می‌تواند از بیرون توسط انرژی بی‌سیم تغذیه شود. چیزی شبیه به شارژر‌های بی‌سیم تلفن همراه. در نتیجه انرژی الکتریکی در دسترس سیستم خواهد بود، که برای چنین ریزروبات کوچکی امری کاملا جدید محسوب می‌شود.

گفتنی است که این روبات کوچک یک بازوی ریز هم دارد که به آن اجازه می‌دهد اشیای کوچک اطراف خود را بردارد و رها کند.

این بازوی روباتی نیز مؤلفه‌ای کاملا جدید در سیستم‌های میکروسکوپی خودکار به شمار می‌رود. این ریزروبات می‌تواند دارای یک LED دی فروسرخ ریز باشد که توسط انتقال انرژی بی‌سیم روشن می‌شود. این LED می‌تواند برای پیدا کردن ریزروبات درون بدن بسیار کارآمد باشد. خاموش و روشن شدن LED روی یک ریزروبات قادر به حرکت نیز تاکنون دیده نشده بود.

این روبات از موادی به شدت منعطف ساخته شده است؛ به این معنی که می‌تواند بدون شکستن خم شده یا تغییر حالت دهد، بنابراین حتی می‌تواند از مویرگ‌های ریز یا دیگر مجاری ریز درون بدن انسان عبور کند و عملیات مورد نظر مثل رساندن دارو را انجام دهد.

در آینده این سیستم می‌تواند کارآیی‌های ارزشمندی داشته باشد. برای مثال، می‌تواند اقداماتی را در درون بدن انسان انجام دهد که نیازمند دقت بالایی هستند، از جمله عمل‌های جراحی و تشخیصی.

دکتر اشمیت می‌گوید: ما نشان دادیم که انرژی الکتریکی می‌تواند به صورت بی سیم به سیستم‌های ریزروباتی فوق العاده کوچک منتقل شود و می‌توان از این انرژی برای انجام کار‌های مفیدی استفاده کرد. کار‌هایی از جمله هدایت ریز روبات توسط کنترل دستی یا روشن و خاموش کردن یک LED فروسرخ. قدم بعدی به کارگیری سیستم در مایعات زنده مثل خون خواهد بود. برای این منظور، باید موتور‌ها را به شیوه‌ای کمی متفاوت ساخت.