ابداع روبات میکروسکوپی منعطفی که درون رگ حرکت می نماید - وبلاگ فیروزآباد

به گزارش وبلاگ فیروزآباد، یک تیم تحقیقاتی بین المللی به تازگی یک سیستم میکروروباتیک با کاربرد بسیار زیاد در انواع جراحی ها را ابداع کردند.

به گزارش خبرنگار فناوری وبلاگ فیروزآباد، یک تیم تحقیقاتی بین المللی به تازگی یک سیستم میکروروباتیک با کاربرد بسیار زیاد، از انجام جراحی های میکروسکوپی یا ریزجراحی ها گرفته تا رساندن کالا به انسان ابداع نموده است. این روبات بر پایه اید ه ای ساخته شده که تقریبا یک دهه پیش توسط همین تیم مطرح شده بود.

دکتر اشمیت، رهبر این تیم تحقیقاتی، می گوید: تقریبا 10 سال پیش آغاز به تحقیقات درباره ایده ساخت یک روبات میکروسکوپی کردیم که توسط یک موتور جت قدرتمند و به صورت اتوماتیک حرکت می نماید و دارای مولفه های ریز الکترونی است.

وی می افزاید: ایده ابتدایی ما ساخت یک سیستم میکروسکوپی هوشمند و اتوماتیک بود که بتواند با سلول های زنده هم اندازه خود ارتباط برقرار کند. این سیستم باید بتواند حرکت کند، محیط اطراف خود را حس کند، کالا ها را منتقل کند، دارو ها را تحویل دهد و از پس ریزجراحی ها برآید.

از زمانی که اشمیت و همکارانش مفهوم کلی از یک سیستم روباتیک میکروسکوپی معرفی کردند، تیم آن ها و بسیاری از دیگر تیم های پژوهشی برای ساخت تکنولوژی هایی مشابه ابتدا در سطوح کشت میکروبی کوشش کردند. پیاده سازی چنین سیستمی در بدن انسان بسیار چالش برانگیزتر است. در واقع، این سیستم برای انجام ماموریت در بدن نیازمند کنترل از بیرون از بدن است و باید اطلاعاتی را که جمع آوری می نماید به راحتی به بیرون بدن ارسال کند.

اشمیت شرح می دهد: برای اینکه سیستم ریزروبات بتواند در بدن انسان کار کند، باید دارای انرژی الکتریکی و قطعاتی، چون گیرنده، محرک، آنتن و مداربندی ریز الکترونیک باشد.

اشمیت و همکارانش به همین دلیل، سیستم میکروسکوپی منعطف خود را با ادغام علوم الکترونیک نانو و میکرو روی سطح یک تراشه، مشابه تکنولوژی سیلیکونی موجود در تراشه های کامپیوتری طراحی کردند. البته یک تفاوت کلیدی بین این سیستم و تراشه های معمولی وجود دارد؛ طراحی های قبلی دارای موتور جت پیش رانشی بودند که با استفاده از رویکردی که تقریبا 20 سال پیش مهندسی شده بود ساخته می شدند، ولی در حال حاضر در بدنه اصلی فراوری ریزالکترونیک ها به ندرت از آن استفاده می گردد.

رمز این کار در قرار دادن مواد فوق فشرده و نازک روی تراشه است که وقتی به صورت لایه لایه از تراشه جدا می شوند، به ساختار های لوله ای میکروسکوپی رول مانند تبدیل می شوند. اگر این فرایند با دقت کنترل گردد می توان ساختار های لوله شده را محکم به دو طرف سیستم ریزروبات متصل کرد. اگر این ریز لوله ها از درون با پلاتینیوم روکش شوند، هرگاه که پلاتینیوم با محلول مایع دارای کمی هیدروژن پراکسید یا آب اکسیژنه تماس پیدا کند، حباب های اکسیژن آزاد می گردد.

هنگامی که این سیستم ریزروبات درون محلول حاوی آب اکسیژنه قرار می گیرد، محلول وارد دو ریزلوله می گردد و حباب های اکسیژن را رها می نماید. در ادامه این حباب ها از انتهای ریزلوله ها با فشار خارج می شوند و سیستم را با استفاده از سازوکاری مشهور به رانش فورانی پیش می برند.

دکتر اشمیت می گوید: روش نیروی محرکه فورانی 12 سال پیش توسط همین تیم طراحی شده بود، اما تا به امروز هیچ موتور جت دوقلویی مشابه آنچه در این پژوهش انجام دادیم، ساخته نشده است.

این فرآیند را می توان با استفاده از تغییر دمای موتور های جت پیشرانش کنترل کرد. به این صورت که دمای بالا منجر به ایجاد حباب های بیشتر و فوران قوی تر و دمای پایین منجر به ایجاد حباب های کمتر و فوران ضعیف تر می گردد.

این تیم با استفاده از جریانی که از یک المنت مقاومتی متصل به موتور عبور می نماید دمای یکی از موتور های جت را کنترل کردند. تغییرات دما میزان حباب ها را افزایش می دهد و اختلاف میزان فوران در یکی از موتور ها به سیستم این اجازه را می دهد که به راست یا چپ بچرخد.

دانشمندان برای تامین قطعه ای که المنت مقاومتی را گرم می نماید، یک آنتن بسیار کوچک را روی سیستم میکروسکوپی سوار کردند که می تواند از بیرون توسط انرژی بی سیم تغذیه گردد. چیزی شبیه به شارژر های بی سیم تلفن همراه. در نتیجه انرژی الکتریکی در دسترس سیستم خواهد بود، که برای چنین ریزروبات کوچکی امری کاملا جدید محسوب می گردد.

لازم به ذکر است که این روبات کوچک یک بازوی ریز هم دارد که به آن اجازه می دهد اشیای کوچک اطراف خود را بردارد و رها کند.

این بازوی روباتی نیز مؤلفه ای کاملا جدید در سیستم های میکروسکوپی اتوماتیک به شمار می رود. این ریزروبات می تواند دارای یک LED دی فروسرخ ریز باشد که توسط انتقال انرژی بی سیم روشن می گردد. این LED می تواند برای پیدا کردن ریزروبات درون بدن بسیار کارآمد باشد. خاموش و روشن شدن LED روی یک ریزروبات قادر به حرکت نیز تا به امروز دیده نشده بود.

این روبات از موادی به شدت منعطف ساخته شده است؛ به این معنی که می تواند بدون شکستن خم شده یا تغییر حالت دهد، بنابراین حتی می تواند از مویرگ های ریز یا دیگر مجاری ریز درون بدن انسان عبور کند و عملیات مورد نظر مثل رساندن دارو را انجام دهد.

در آینده این سیستم می تواند کارآیی های ارزشمندی داشته باشد. برای مثال، می تواند اقداماتی را در درون بدن انسان انجام دهد که نیازمند دقت بالایی هستند، از جمله عمل های جراحی و تشخیصی.

دکتر اشمیت می گوید: ما نشان دادیم که انرژی الکتریکی می تواند به صورت بی سیم به سیستم های ریزروباتی فوق العاده کوچک منتقل گردد و می توان از این انرژی برای انجام کار های مفیدی استفاده کرد. کار هایی از جمله راهنمایی ریز روبات توسط کنترل دستی یا روشن و خاموش کردن یک LED فروسرخ. قدم بعدی به کارگیری سیستم در مایعات زنده مثل خون خواهد بود. برای این منظور، باید موتور ها را به شیوه ای کمی متفاوت ساخت.