Viên nang gel từ tính có thể cải tiến cả robot và y học

Polyme từ tính

Giáo sư Abdon Pena-Francesch, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Vật liệu lấy cảm hứng sinh học tại Đại học Michigan và nhóm của ông đã phát triển một loại gel có đặc tính từ tính – mặc dù nó chỉ được cấu tạo từ các phân tử gốc carbon. Loại gel từ tính này, được gọi là 'nam châm TEMPO', cho phép nó bị thu hút bởi các vật liệu từ tính khác và phản ứng với từ trường. Điều này có thể cho phép thao tác từ xa trên gel. Ví dụ, một viên nang trong dạ dày có thể được dùng để thực hiện phẫu thuật hoặc cung cấp thuốc.

Nguồn: Đại học Michigan

Đặc tính từ tính của loại gel dựa trên TEMPO này yếu hơn so với nam châm làm bằng kim loại, nhưng đây có thể là thế mạnh cho các ứng dụng y sinh và một số robot mềm nhất định. Ví dụ, MRI có thể được sử dụng kết hợp với công nghệ này, trong đó từ tính mạnh hơn sẽ khiến MRI về cơ bản bị mù. Vì vậy, trong trường hợp này, MRI có thể được sử dụng để theo dõi tác dụng của viên nang y tế, xem thuốc có được phân phối đúng cách và ở đâu hay chuyển động của viên nang gel từ tính trong đường tiêu hóa.

Các bước tiếp theo

Bước tiếp theo của dự án cụ thể này sẽ làm cho loại gel này có khả năng phân hủy sinh học, cho phép cơ thể con người dung nạp tốt hơn, cũng như khả năng sử dụng nó trong tự nhiên mà không lo bị nhiễm bẩn và ô nhiễm.

Ngoài gel từ tính, In 3D/sản xuất phụ gia cũng sẽ là một sự thúc đẩy cho robot mềm. Nhựa đàn hồi, ninh kết chậm cung cấp những lựa chọn tốt cho chân tay giả vượt xa những lựa chọn hiện có. Chúng tôi thảo luận về mối liên hệ ngày càng tăng này giữa các lĩnh vực robot mềm và in 3D mới nổi trong bài viết của chúng tôi “Bàn tay như con người: Sản xuất phụ gia mới giúp robot mềm trở thành hiện thực".

Chúng tôi cũng đã xem xét tổng thể ngành công nghiệp in 3D trong bài viết “Top 10 cổ phiếu sản xuất bồi đắp và in 3D đáng xem".

Rời xa robot cứng

Như hiện tại, robot đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống của chúng ta một cách kín đáo. Nhưng điều này chủ yếu chỉ giới hạn ở thiết kế cánh tay robot công nghiệp, hạng nặng. Gần đây hơn, máy bay không người lái và robot giao hàng hoặc hậu cần nhỏ hơn đang bắt đầu đảm nhận nhiều nhiệm vụ hơn và thậm chí ngày càng trở nên quan trọng trong chiến tranh. Tuy nhiên, những thiết kế này vẫn phụ thuộc vào hệ thống thủy lực và kim loại nặng.

Nguồn: Unsplash

Vật liệu quá cứng sẽ hạn chế các ứng dụng của robot, ví dụ như phạm vi di chuyển bị hạn chế hoặc gặp khó khăn trong việc xử lý các vật thể mỏng manh. Bản chất cơ học và kim loại của robot cũng là một hạn chế lớn trong việc triển khai nó trong y học, như chân tay giả hoặc robot nano bên trong.

Robot mềm

Đã có nỗ lực mạnh mẽ để phát triển cái gọi là “robot mềm”, sử dụng nhựa, polyme, dây kim loại hoặc các thành phần linh hoạt hơn khác. Các thiết kế nhẹ nhàng hơn sẽ cho phép sử dụng các khái niệm mới, lấy cảm hứng từ thiên nhiên hơn khi chế tạo robot, như chúng tôi đã thảo luận trong bài viết của mình “Robot có thể học theo thiên nhiên như thế nào".

Nhưng các hệ thống này vẫn còn một số hạn chế:

• Chúng cần được buộc vào nguồn điện.
• Chúng thường bị giới hạn ở một vài hình dạng hoặc chuyển động được xác định trước.
• Chúng khá nặng.

Nguồn: Youtube

Một ý tưởng để loại bỏ những hạn chế này là sử dụng nam châm thay vì các bộ phận kim loại cứng nhắc. Điều này loại bỏ nhu cầu về nguồn điện bên ngoài và mang lại sự linh hoạt và đa dạng hơn về hình dạng và chuyển động có thể có.

Nhưng nam châm kim loại vẫn nặng. Hầu hết chúng cũng độc hại ở một mức độ nào đó, khiến tính hữu dụng của chúng trong các ứng dụng y tế rất hạn chế. Và thật đáng tiếc khi coi sự tương tác của robot với các mô mềm và dễ vỡ cho nhu cầu y tế là một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất của robot mềm.

Tuy nhiên, không có quy tắc vật lý nào nói rằng nam châm nhất thiết phải được làm bằng kim loại. Tính chất từ ​​tính là yêu cầu duy nhất. Và các vật liệu khác có thể phù hợp với nhu cầu đó – giống như nam châm TEMPO.

Cổ phiếu robot mềm hoặc từ tính

1. Taxi lập thể

Stereotaxis là công ty đi đầu trong lĩnh vực robot từ xa y tế. Hệ thống Genesis RMN (Robotic Magnet Navigation) sử dụng từ trường để dẫn hướng ống thông trong cơ thể bệnh nhân. Điều này đặc biệt được sử dụng trong phẫu thuật tim và các phương pháp điều trị nội mạch khác.

Đây là robot duy nhất hiện có trong lĩnh vực này, khác với phẫu thuật nội soi, được thống trị bởi Phẫu thuật trực quan (ISRG) và robot phẫu thuật mở như Stryker (TRIỆU – Robot Mako) và Medtronic (MDT – Robot Mazor). Chúng tôi đã thảo luận về 2 công ty này và những công ty khác trong bài viết của mình “5 cổ phiếu phẫu thuật robot hàng đầu".

Phương pháp này loại bỏ sự cần thiết của các ống thông cứng dựa vào lực điều khiển và vận hành bằng tay, dẫn đến nguy cơ xảy ra các tác dụng phụ cao hơn cho bệnh nhân.

Ngoài ra, phương pháp truyền thống để thực hiện ống thông đòi hỏi phải chụp X-quang, gây phơi nhiễm phóng xạ, đặc biệt đối với nhân viên y tế thực hiện thủ thuật thường xuyên. Một hiện tượng được nhiều người biết đến là điều này có thể gây ung thư cho các bác sĩ và y tá thực hiện các ca phẫu thuật này.

Nguồn: Trục lập thể

Quy trình thủ công cũng đòi hỏi nhiều kỹ năng, đòi hỏi phải đào tạo tốn kém và sẽ có tỷ lệ thành công khác nhau tùy thuộc vào người vận hành và kinh nghiệm của người đó.

Ngược lại với các phương pháp cổ điển, giải pháp của Stereotaxis mang lại ít biến chứng hơn 72% và phơi nhiễm bức xạ ít hơn 36%.

Công ty đã triển khai hệ thống của mình tới hơn 100 bệnh viện và điều trị cho hơn 100,000 bệnh nhân.

Vì Stereotaxis đã sử dụng điều hướng từ tính từ xa cho các ca phẫu thuật, nên sẽ rất hợp lý khi công ty sẽ ở vị trí thuận lợi để đón nhận sự xuất hiện của robot từ tính hữu cơ. Và hãy xem robot RMN của họ là cơ sở để triển khai công nghệ gel hữu cơ từ tính tại các bệnh viện.

2. Tập đoàn hệ thống 3D

Người dẫn đầu ngành in 3D này cũng đã chuyển sang in sinh học vào năm 2017 với sự hợp tác nghiên cứu với United Therapeutics (UTH). Nó cũng mua lại nhà sản xuất mực sinh học Allevia vào năm 2021. Và nó đã công bố hợp tác với Công nghệ sinh học CollPlant (CLGN) vào năm 2020.

Việc mua lại này giúp Hệ thống 3D dẫn đầu trong lĩnh vực in ấn vật liệu sinh học. Nó hiện tại thương mại hóa 3 mẫu máy in sinh học Allevi.

Nguồn: Hệ thống 3D

Với tư cách là nhà sản xuất các thiết bị y tế in 3D và chân tay giả VÀ là công ty đi đầu trong lĩnh vực in sinh học, chúng tôi có thể tưởng tượng rằng công ty có thể quan tâm đến việc tìm kiếm các ứng dụng mới cho gel từ tính hữu cơ được điều khiển từ xa.

Vì vậy, nếu robot mềm sử dụng gel từ tính trở thành một ứng dụng y tế đang phát triển, chúng ta có thể mong đợi Hệ thống 3D sẽ trở thành một phần của cuộc cách mạng y tế này và giúp in 3D các công cụ liên quan cho các liệu pháp mới này.

(Chúng tôi đã khám phá sâu về lĩnh vực in sinh học trong bài viết của mình “Nội tạng theo yêu cầu: Nguồn cung cấp in sinh học 3D tốt nhất").

3. Máy tính để bàn kim loại, Inc.

Máy tính để bàn kim loại, Inc. (DM + 1.02%)

Desktop Metal là một công ty dẫn đầu về in 3D lớn khác, với hơn 650 bằng sáng chế, hơn 250 vật liệu khả thi và 6,000 khách hàng. Một trong những trọng tâm chính của nó là in 3D kim loại, mục tiêu được ngành in 3D săn lùng từ lâu.

Nó cũng hoạt động trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, bắt đầu từ việc mua lại EnvisionTEC của Đức, bao gồm công nghệ chăm sóc nha khoa. Điều này diễn ra song song với một hợp tác chiến lược với công ty chỉnh nha hàng đầu Align Technology.

Việc sáp nhập với EnvisionTEC cũng giúp Desktop Metal phát triển Máy in 3D Desktop Health của nó. Nó giống một máy in giàn giáo hơn là một máy in 3D toàn ô/cơ quan. Tuy nhiên, nếu in sinh học đòi hỏi hydrogel hoặc các loại polyme khác làm giàn giáo vĩnh viễn thì đây sẽ là một lợi thế công nghệ mạnh mẽ cho Desktop Health.

Nguồn: Máy tính để bàn kim loại

Mặc dù việc tập trung vào in sinh học và chăm sóc sức khỏe kém hơn so với hệ thống 3D, nhưng không phải là không thể Desktop Metal cũng có thể quan tâm đến tiềm năng kết hợp in 3D và gel từ tính hữu cơ.

4. Robot mềm

Công ty này được niêm yết riêng tư và tập trung phát triển mGripAI, robot có tay cầm mềm dành cho ngành chế biến thực phẩm, kết hợp với tầm nhìn 3D hoàn chỉnh và hệ thống AI.

Nguồn: Robot mềm

Bạn cũng có thể thấy nó đang hoạt động trong video này. Mặc dù không có khả năng tham gia vào phân khúc y tế, nhưng một ngày nào đó công ty có thể quan tâm đến phiên bản không độc hại của robot mềm từ tính để triển khai trong ngành công nghiệp thực phẩm. Điều này đặc biệt đúng nếu gel từ tính hữu cơ có thể được cải thiện để có khả năng phân hủy sinh học.