‘Magnetische pincet’: robotchirurgie veiliger maken en nauwkeuriger maken met een menselijke aanraking

Stel je voor dat een arts op afstand een niet-invasieve, zeer precieze medische procedure zou kunnen doen bij haar patiënten met behulp van een kleine robot of microrobot. Met een apparaatonderzoekers van SMU en George Washington University zijn gemaakt, is dat een stap dichter bij de realiteit.

“Met behulp van wat we een magnetisch tweezersysteem noemen, kan een operator kleine robots precies manipuleren in een vloeibare omgeving, zelfs van lange afstanden,” zei SMU Nanotechnology Expert Minjun Kim, een van de makers van het apparaat. “Het systeem geeft realtime feedback via een haptisch apparaat, waardoor de operator krachten kan voelen die op de microrobots werken terwijl ze zich bewegen of met hun omgeving communiceren.”

Deze technologie kan ook mogelijk worden gebruikt voor veilige en precieze medicijnafgifte, zei Kim, de Robert C. Womack -voorzitter professor aan de Lyle School of Engineering aan SMU en hoofdonderzoeker van het BAST -lab.

“Omdat de microrobots extern worden gemanipuleerd met behulp van magnetische velden, daar’Het is geen behoefte aan invasieve hulpmiddelen of procedures, “zei hij.” Hierdoor kunnen behandelingen precies worden geleverd waar ze nodig zijn op een gecontroleerde en niet-invasieve manier, waardoor de risico’s voor omringende gezonde gebieden worden verminderd. “

Veiliger, meer precieze procedures met microrobots

Microrobots zijn miniatuurrobots die worden gemaakt met behulp van nanotechnologie. Ze tonen veelbelovend in verschillende medische toepassingen, zoals chirurgie, gerichte medicijnafgifte en biopsie. Maar vanwege veiligheid en ethische zorgen is er een groeiend belang om een ​​mens te hebben die betrokken is bij het beheersen van microrobotische systemen.

Magnetische pincet kon de deur openen voor zogenaamde “mens-in-the-loop” microrobotische procedures.

“Door de operator onder controle te houden, zorgt het systeem voor veiligere interacties, terwijl het ook de precisie biedt die nodig is voor gevoelige toepassingen,” zei Kim.

Kim bouwde het apparaat met hulp van Chung Hyuk Park, die het laboratorium van de Assistive Robotics and Tele-Medicine (Art-Med) leidt aan de George Washington University; Yasin Cagatay Duygu, een Ph.D. kandidaat bij SMU’s Werktuigbouwkunde; Xiao Zhang, een voormalige SMU -onderzoeksassistent en nu een systeemingenieur bij New York Air Brake; en Baijun Xie, een onderzoeksassistent aan de George Washington University.

De onderzoekers publiceerden een studie Op het apparaat in het dagboek Nanotechnologie en precisie -engineering.

Het magnetische tweezersysteem werkt door magnetische velden te genereren met behulp van een gespecialiseerde spoelopstelling, die de beweging van microrobotten van magnetische materialen regelt. Deze velden bleken te werken op microrobots op meer dan 1.300 mijl afstand, waardoor het mogelijk was om ze te gebruiken voor medische procedures op afstand.

Real-time microrobot-monitoring en -controle

Als onderdeel van dit magnetische tweezer -systeem kan een haptisch apparaat – vergelijkbaar met een joystick – een operator kunnen bepalen hoe de microrobots bewegen.

“Terwijl microrobots in de vloeistof bewegen of met objecten interageren, wordt hun beweging gevolgd door beeldverwerking,” legde Duygu uit. “Met behulp van de beeldgegevens herschept het magnetische tweezersysteem de omgeving in 3D, waardoor het de krachten kan berekenen die op de microrobots werken.”

Deze informatie wordt vervolgens naar het haptische apparaat verzonden, waardoor de operator de omgeving in realtime kan voelen en bekijken. Om stabiliteit en soepele beweging te waarborgen, zelfs met verstoringen in zijn omgeving, gebruikt het apparaat tijdsdomein passiviteitscontrole op een innovatieve manier om de energiestroom continu te analyseren en te beheren.

Kim-een senior lid van de National Academy of Inventors-heeft het magnetische tweezer-systeem een ​​precieze magnetische controle gecombineerd met haptische feedback, waardoor een hands-on manier wordt gecreëerd om te interageren met micro-schaalsystemen.

“Het systeem stelt operators in staat om in realtime beslissingen te nemen op basis van wat ze voelen en zien, waardoor de nauwkeurigheid en controle worden verbeterd,” zei hij.