Ingegneria dei sistemi medicali: un nuovo piccolo robot si ispira al pangolino | VIDEO

Uno studio di ingegneria medicale ha realizzato un piccolo robot che si ispira al pangolino e che potrà raggiungere regioni difficili da raggiungere per applicazioni terapeutiche, come lo stomaco e l'intestino tenue
Uno studio ha realizzato dei robot in campo medico che si ispirano al pangolino
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Un piccolo robot ispirato al pangolino è stato progettato per eseguire procedure mediche sicure e poco invasive all’interno del corpo. Questa eccezionale scoperta è stata descritta in uno studio pubblicato su Nature Communications questa settimana. I robot morbidi e senza legami potranno un giorno essere in grado di accedere a regioni difficili da raggiungere all’interno del corpo umano, come nello stomaco e nell’intestino tenue, cambiandone la forma. I robot magnetici morbidi e i robot formati da metalli solidi sono stati sviluppati in precedenza per procedure mediche minimamente invasive, ma la loro funzionalità e sicurezza sono state limitate.

Nonostante abbiano delle squame composte di cheratina, i pangolini possono muoversi con movimento flessibile e senza vincoli organizzando le loro squame rigide in una struttura sovrapposta che si adatta ad ogni movimento. Ispirandosi ai pangolini, Metin Sitti e colleghi hanno progettato un millirobot, di dimensioni 1 cm per 2 cm per 0,2 mm, con un design in scala sovrapposta e capacità di riscaldamento a richiesta, cambiando forma e tipo di rotolamento.

robot medicali ispirati al pangolino

Le applicazioni dei robot medicali che si ispirano al pangolino

Negli esperimenti di prova condotti in laboratorio, i robot sono stati in grado di riscaldarsi a 70°C ed eseguire trattamenti medici sui tessuti con potenziali applicazioni cliniche future, compresa l‘ipertermia per curare il cancro o fermare l’emorragia in regioni difficili da raggiungere. Sebbene siano necessari ulteriori test, questa tecnologia potrebbe essere un utile strumento clinico per l’erogazione di carichi terapeutici e applicazioni per la terapia del calore.

I robot in miniatura possono raccogliere l’energia resa disponibile a distanza, come la luce, l’impulso magnetico, o l’energia acustica, e convertirli in altre forme di energia, come la deformazione meccanica. L’attuazione magnetica è emersa come un metodo promettente per i robot che hanno applicazioni biomediche grazie alla capacità del campo magnetico di penetrare i tessuti umani in modo sicuro.

I progressi della robotica medicale

I progressi in questo campo hanno permesso a questi robot di navigare con precisione verso un sito di destinazione sulla Terra o in un fluido pieno in un ambiente per lo studio di future applicazioni terapeutiche. Inoltre, i nuovi sviluppi in questo campo hanno permesso a questi robot di selezionare in modo adattativo le loro modalità di locomozione, a seconda della temperatura dell’ambiente, tramite l’ancoraggio sia tubulare, sia tridimensionale in sistemi altamente destrutturati (3D).

Nonostante questi progressi, l’uso della miniatura magnetica di questi
robot nelle applicazioni cliniche è ancora limitata principalmente in ogni forma di interazione robotica, vale a dire l’interazione meccanica tra il robot e l’ambiente per la locomozione o la consegna del carico. 

La terapia del calore

Anche così, il metodo è invasivo e il calore prodotto non può essere facilmente localizzato. La reazione e il flusso successivo dei reagenti dipende altamente dalle condizioni dell’ambiente che non possono essere facilmente controllate o predette. L’ecografia è un metodo non invasivo per depositare energia su un bersaglio.

Tuttavia, le onde ultrasoniche sono in grado di passare attraverso materiali ad alta densità, come le ossa o se è un’interfaccia aria-liquido. Allo stesso modo, anche i metodi fototermici offrono un riscaldamento preciso, ma hanno solo una profondità di penetrazione massima di 1-2 cm sotto la pelle. Questo limita le loro applicazioni alle regioni esterne del corpo umano a meno che le onde ultrasoniche sono
in grado di passare attraverso materiali ad alta densità, come le ossa o se è un’interfaccia aria-liquido.

Dove possono essere impiantati

Allo stesso modo, anche i metodi fototermici offrono un riscaldamento preciso, ma hanno solo una profondità di penetrazione massima di 1-2 cm sotto la pelle. Questo limita le loro applicazioni alle regioni esterne del corpo umano a meno che una fonte di luce è portato all’interno del corpo. Come tali, i metodi magnetici sono più adatti a realizzare un metodo controllabile, on-demand, non invasivo, e un mirato riscaldamento a distanza in profondità corpo umano.

Il riscaldamento remoto può essere ottenuto utilizzando campi magnetici alternati o campi di radiofrequenza (RF) tramite due meccanismi: riscaldamento Effetto Joule o l’effetto isteresi. Anche se sfruttando l’isteresi magnetica per il riscaldamento remoto è stato ampiamente studiato e utilizzato per la robotica e le applicazioni di
ipertermia, l’isteresi magnetica dissipa significativamente meno calore rispetto al riscaldamento Joule.

Infatti, l’isteresi magnetica rimane un metodo più popolare di riscaldamento Joule perché le nanoparticelle magnetiche utilizzate contemporaneamente svolgono altre funzioni del robot e/o il riscaldamento non è la produzione primaria di questi robot. Per esempio, l’uso delle nanoparticelle magnetiche per realizzare il riscaldamento tramite l’isteresi magnetica consente al materiale del robot di rimanere morbido per i grandi cambiamenti nei volumi o perché queste nanoparticelle hanno le caratteristiche chimiche o biologiche desiderate.

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