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Costruire uno Stomach-Bot autoassemblante
I medici hanno cercato a lungo modi migliori per esaminare il funzionamento del corpo umano senza dover aprire i loro pazienti. Una fotocamera ingoiabile, poco più grande di una normale pillola, può già scattare foto mentre galleggia attraverso lo stomaco e l'intestino, offrendo un modo meno invasivo per eseguire la diagnosi rispetto a un endoscopio oa un intervento chirurgico. Ora un consorzio di ricercatori europei sta testando un modo per collegare diversi dispositivi deglutibili per creare un robot chirurgico che si autoassembla all'interno dello stomaco.
Collegato: Utilizzando collegamenti magnetici tra le capsule, i ricercatori sperano di costruire un robot simile a un serpente in grado di autoassemblarsi all'interno dello stomaco di un paziente.
La società israeliana che ha sviluppato le prime fotocamere per pillole, Given Imaging, sta attualmente lavorando a un modo per controllare il movimento della sua capsula fotografica dall'esterno del corpo. Diversi gruppi di ricerca accademici stanno anche studiando modi per consentire alle capsule deglutibili di manovrare da sole rotolando, strisciando o attaccandosi ai tessuti. Con un maggiore controllo, i medici dovrebbero essere in grado di diagnosticare meglio e possibilmente anche curare le malattie. Ma le capacità di tali dispositivi intestinali saranno ancora limitate perché una capsula deve rimanere abbastanza piccola da essere comodamente deglutita.
Una collaborazione di ricercatori provenienti da Italia, Francia, Svizzera e Spagna, denominata ARES , sta testando un modo per far agganciare automaticamente più capsule insieme. Ciascuno sarebbe stato ingerito individualmente prima di essere assemblato in un dispositivo più complesso una volta al sicuro nello stomaco.
L'obiettivo finale è che ogni capsula svolga un compito diverso: uno per l'imaging, uno per l'alimentazione, uno per prelevare campioni e così via. Una volta all'interno dello stomaco, le capsule si legherebbero tra loro, creando un dispositivo simile a un serpente che potrebbe scorrere attraverso l'intestino, svolgendo compiti più complessi di quelli eseguiti da una singola capsula o da più capsula fluttuante.
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Invece di avere una singola capsula, proponiamo un approccio modulare in cui ciascuna delle capsule potrebbe avere funzionalità diverse, afferma Zoltán Nagy , ricercatore presso l'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia (ETH), a Zurigo, e membro del progetto ARES. Prima di poter effettivamente parlare di robot così complessi all'interno dello stomaco, dobbiamo risolvere il problema fondamentale dell'autoassemblaggio. Il nostro lavoro suggerisce un [modo in cui] questo può essere fatto in modo robusto, dice Nagy.
Il gruppo ETH ha deciso di utilizzare i magneti per collegare i suoi moduli, poiché non richiedono alimentazione a bordo e possono essere facilmente monitorati dall'esterno del corpo.
Per trovare il miglior design per le capsule autoassemblanti, i ricercatori hanno testato diversi design in un modello di plastica dello stomaco pieno di liquido. Hanno eseguito circa 50 test per ciascuna delle 12 diverse configurazioni di dimensioni del modulo, tipo di magnete e disposizione dei magneti. Un singolo magnete con il suo asse positivo-negativo sulla superficie di una capsula più lunga ha funzionato meglio, ottenendo un tasso di successo del 75% nel collegare le due capsule; la modifica del modulo del magnete per renderlo più flessibile ha aumentato questa percentuale al 90%. Il gruppo presenterà i dettagli dei moduli di collegamento questa settimana alla Conferenza internazionale sui robot e i sistemi intelligenti in Francia.
[Il] lavoro è interessante come concetto poiché i robot modulari che si assemblano all'interno del corpo potrebbero consentire applicazioni robotiche legate al tratto gastrointestinale più flessibili e complesse, afferma Metin Sitti , uno scienziato che lavora alla presa di capsule robotiche presso la Carnegie Mellon University. Le capsule attuali in genere diventano più grandi aggiungendo più funzionalità... L'assemblaggio dei moduli avrebbe [meno] problemi di questo tipo.
esame dello stomaco: I ricercatori del Politecnico federale di Zurigo, hanno utilizzato uno stomaco di plastica per vedere quale design magnetico si collega meglio in uno spazio limitato pieno di liquido.
Uno dei principali vincoli [della capsula di imaging deglutibile] è la batteria, afferma Milano Dodig , un gastroenterologo della Cleveland Clinic, che usa il dispositivo per curare i suoi pazienti. Occupa quasi il 60 percento del volume della capsula; non è orientabile [e] può ancora mancare qualcosa. Anche l'angolo delle immagini è limitante e non puoi vedere l'intero [intestino].
Il team dell'ETH è stato in grado di rilevare quanto bene i moduli siano collegati tra loro monitorando le modifiche al campo di ciascun magnete. Con [questo] metodo semplice, posso rilevare se uno è connesso, il che significa che posso creare un'immagine sul computer, dice Nagy.
La fase successiva della ricerca consisterà nell'assicurarsi che i magneti non danneggino i tessuti quando si bloccano insieme. Ciò comporterà la sperimentazione del sistema in uno stomaco artificiale in movimento o in uno stomaco animale fornito da un gruppo di partner. Il team deve anche trovare un modo per controllare come si dispongono le capsule.
Qualcosa del genere che potrebbe essere inghiottito, autoassemblato e controllato a distanza sarebbe un grande progresso, afferma Giuseppe Murray , un gastroenterologo della Mayo Clinic, che non era coinvolto nel lavoro. Tuttavia, dice che sarà una sfida usare i magneti in modo sicuro.
C'è una grande richiesta da parte dei medici per avere una telecamera orientabile e controllata dal movimento, aggiunge Frank Volke, capo progetto presso l'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria biomedica, a Sankt Ingbert, che sta aiutando a sviluppare una tecnica per guidare la telecamera per pillole di Given Imaging da controllandolo magneticamente. Penso che sia un approccio di ricerca scientifica molto interessante che potrebbe richiedere più tempo per l'uso pratico, dice Volke del lavoro dell'ETH.
Nagy afferma che lo schema di collegamento magnetico sviluppato dal suo team potrebbe essere utilizzato anche per costruire robot di ricerca e salvataggio in grado di strisciare tra le macerie e in spazi ristretti. Puoi immaginare di inserire un paio di pezzi del robot e di autoassemblarlo, dice Nagy.