انقلاب در اتاق عمل؛ ساخت ربات جراح ۵ کاره با اندازه کوچک‌تر از دانه برنج

پژوهشگران سنگاپوری موفق به ساخت رباتی جراحی فوق‌العاده کوچک شده‌اند که می‌تواند پنج عملکرد پزشکی مختلف را در یک دستگاه واحد انجام دهد. این ربات تنها ۴٫۴ میلی‌متر طول دارد و به همین دلیل در زمره کوچک‌ترین سامانه‌های جراحی چندمنظوره ساخته‌شده تاکنون قرار می‌گیرد.

ربات در دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU) ساخته شده و بخشی از نسل جدید ربات‌های پزشکی مغناطیسی است؛ فناوری‌ای که در آن از میدان‌های مغناطیسی خارجی برای هدایت ربات‌های بسیار کوچک درون بدن استفاده می‌شود. به گفته متخصصان، این روش می‌تواند در آینده جراحی‌های کم‌تهاجمی را متحول کند و دسترسی به بخش‌های دشوار بدن را بدون نیاز به برش‌های بزرگ یا ابزارهای پیچیده ممکن سازد.

بااین‌حال، بیشتر ربات‌های مغناطیسی فعلی فقط یک یا دو وظیفه دارند، مثل دارورسانی یا نمونه‌برداری. دلیل چنین محدودیتی این است که میدان مغناطیسی معمولاً روی کل ربات اثر می‌گذارد و کنترل جداگانه بخش‌های مختلف آن را سخت می‌کند.

پژوهشگران NTU پس از هفت سال تحقیق توانسته‌اند این محدودیت را برطرف کنند. آن‌ها رباتی ساخته‌اند که می‌تواند در کمتر از یک ثانیه میان پنج عملکرد متفاوت جابه‌جا شود؛ آن هم بدون استفاده از سیم، باتری یا مدارهای الکترونیکی داخلی.

به گزارش نیواطلس، هسته اصلی این فناوری ماژول مغناطیسی قابل برنامه‌ریزی مجدد است که می‌تواند در حالت‌های مختلفی تغییر وضعیت دهد؛ به این معنا که ابتدا مغناطیسی شود، سپس خاصیت مغناطیسی خود را از دست بدهد و دوباره با جهت‌گیری‌های متفاوت مغناطیسی شود.

علاوه بر این، پژوهشگران بخش‌های مختلف ربات را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که در برابر میدان مغناطیسی واحد واکنش‌های متفاوتی نشان دهند. به این ترتیب، برخی قسمت‌های ربات می‌توانند فعال شوند، در حالی که سایر بخش‌ها بدون تغییر باقی بمانند. این قابلیت کنترل مستقل، یکی از مهم‌ترین دستاوردهای فنی پروژه محسوب می‌شود.

بدنه ربات از مواد نرم و انعطاف‌پذیری ساخته شده که در حوزه «رباتیک نرم» کاربرد گسترده‌ای دارند. درون این مواد، ذرات مغناطیسی بسیار کوچکی با اندازه حدود پنج میکرومتر قرار داده شده است. پژوهشگران با کنترل دقیق نحوه توزیع و جهت‌گیری این ذرات می‌توانند ربات را از راه دور و با استفاده از میدان‌های مغناطیسی نسبتاً ضعیف ایجادشده توسط سیم‌پیچ‌های خارجی هدایت کنند.

ربات در حالت برش می‌تواند تیغه‌ای کوچک را فعال کند و بافت زیستی را ببرد. در حالت نمونه‌برداری، گیره‌ای کوچک نمونه‌های بافتی را جمع‌آوری و ذخیره می‌کند تا بعداً مورد بررسی قرار گیرند. چنین قابلیتی می‌تواند نمونه‌برداری بافتی در نواحی دشوار بدن را ساده‌تر کند.

در حالت انتقال دارو، ربات داروهای از پیش بارگذاری‌شده را دقیقاً در محل مورد نظر آزاد می‌کند. همچنین در حالت گرمایش، هنگامی که در معرض میدان مغناطیسی متناوب با فرکانس بالا قرار می‌گیرد، گرمای موضعی تولید می‌کند. این ویژگی می‌تواند در آینده برای روش «هایپرترمی مغناطیسی» مورد استفاده قرار گیرد؛ رویکردی آزمایشی برای درمان سرطان که در آن گرما به تخریب سلول‌های تومور کمک می‌کند و آسیب به بافت‌های سالم اطراف را به حداقل می‌رساند.

پنجمین قابلیت ربات، توانایی حرکت آن است. در این زمینه نیز طراحی جدید نسبت به بسیاری از ربات‌های کوچک موجود پیشرفته‌تر است. بیشتر ربات‌های مغناطیسی کنونی پنج درجه آزادی دارند؛ یعنی می‌توانند در سه محور جابه‌جا شوند و در دو جهت بچرخند. اما ربات جدید NTU یک درجه آزادی اضافی نیز در اختیار دارد و می‌تواند حول محور طولی خود غلت بزند. این قابلیت مانورپذیری بیشتری را در محیط‌های پیچیده، باریک و لغزنده داخل بدن فراهم می‌کند.

برخلاف برخی طرح‌های جدید ربات‌های نرم که ساختاری شبیه قطرات مایع یا توده‌های ژل‌مانند دارند، ربات مورد بحث ساختاری جامد اما انعطاف‌پذیر را حفظ کرده است. پژوهشگران معتقدند این ویژگی نه‌تنها مقاومت دستگاه را افزایش می‌دهد، بلکه بازیابی آن پس از پایان عمل را نیز آسان‌تر می‌کند.

برای ارزیابی عملکرد ربات، تیم تحقیقاتی آزمایش‌هایی را روی مدل‌های بافتی مبتنی بر ژلاتین و همچنین کبد مرغ انجام داد. نتایج نشان داد که ربات می‌تواند با موفقیت بافت را برش دهد، ذرات شبیه‌ساز دارو را آزاد، نمونه‌های بافتی جمع‌آوری و گرمای موضعی تولید کند.

با وجود نتایج امیدوارکننده، این فناوری هنوز تا ورود به بیمارستان‌ها فاصله زیادی دارد. نمونه فعلی فقط در محیط آزمایشگاهی و با کمک میدان‌های مغناطیسی خارجی عمل می‌کند و هنوز روی موجودات زنده آزمایش نشده است. همچنین ربات خودمختار نیست و در کاربردهای پزشکی باید توسط پزشک به‌طور مستقیم هدایت شود.

بااین‌حال، پژوهشگران معتقدند این سامانه می‌تواند در آینده جراحی‌های کم‌تهاجمی را متحول کند؛ به‌طوری که به جای استفاده از چند ابزار مختلف، تنها یک ربات کوچک وارد بدن شود و هم‌زمان وظایفی مانند تشخیص، نمونه‌برداری، دارورسانی و درمان را انجام دهد.