То, что на первый взгляд кажется телекинезом — отдельно стоящий объект, который движется без вспомогательного троса — может стать обычным явлением в операционных залах будущего, поскольку исследователи разрабатывают устройства, которые реагируют на приложенные магнитные поля, а не на управление рукой человека или робота.
За последние годы эта область прошла долгий путь: специалисты создают инструменты все меньшего размера и совершенствуют применение магнитных полей для перемещения этих инструментов с максимальным контролем, предполагая появление более безопасных и менее инвазивных операции. Но по мере того, как устройства становятся меньше, они становятся менее чувствительными к магнитным силам, которые их оживляют.
«Ограничение магнитной силы в миниатюрных масштабах для непривязанных мобильных роботов было давней практической проблемой в области магнитной робототехники для минимально инвазивных операций», — говорит американский исследователь Аксель Кригер. «До сих пор исследователи пытались и продемонстрировали различные возможности навигации и управления магнитными роботами. Однако соблюдение необходимых усилий для проникновения в ткани при миниатюрных размерах в клинически значимых масштабах было сложной задачей».
Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская группа Кригера модернизировала основные компоненты хирургической иглы, создав устройство, которое они назвали «Магнитно-импульсное столкновение для иглы, проникающей в ткани (MPACT-Needle)».
Ключевым элементом устройства является внутренний ударный механизм, который позволяет маленьким магнитам внутри скользить вперед и назад, вступая в контакт с жесткой пластиной. В точке контакта импульс скользящего магнита передается на кончик иглы, создавая сильное мгновенное постукивающее усилие, которое продвигает ее через мягкие ткани для наложения шва для закрытия раны или хирургического разреза. Интенсивность и частота постукивания контролируются оператором, что позволяет ему адаптироваться к различным условиям, таким как жесткость ткани, во время операции.
В экспериментах по проверке концепции группа Кригер прикрепила тонкую шовную нить к задней части иглы MPACT, управляя устройством с помощью джойстика, который запускает ударный механизм. Исследователи отмечают, что MPACT-Needle также можно использовать для биопсии и доставки лекарств непосредственно к опухолям.
В настоящее время команда сосредоточена на разработке более интеллектуальных алгоритмов управления движением с методами визуализации для более безопасных и безошибочных клинических приложений. В своем документе команда отметила, что эти алгоритмы помогут обеспечить точное управление устройством, повысив безопасность пациентов. Интраоперационные методы медицинской визуализации, такие как МРТ, УЗИ, ОКТ или рентген, также будут использоваться для отслеживания устройства, когда оно находится внутри тела.
Исследователи говорят, что их подход, вероятно, применим к любому магнитному агенту, требующему сильного приложения силы. Инженеры-магнитороботы теперь могут разрабатывать безопасные и эффективные устройства, включающие этот ударный механизм для различных применений, таких как доступ к труднодоступным опухолям или неинвазивная диагностика.
Ведущий автор Ондер Эрин, научный сотрудник с докторской степенью в области машиностроения в Университете Джона Хопкинса, предвидит, что метод приложения силы, разработанный его командой, будет принят для использования в других устройствах.
«Главная цель этой техники — не только получить большие возможности, но и помочь исследователям в дальнейшей миниатюризации своих магнитных агентов с высокими требованиями к силе. Это усиление может также привести к увеличению рабочего пространства магнитных систем, чтобы приспособиться к размерам человеческого масштаба. Эти достижения сделают магнитную робототехнику еще на один шаг ближе к клиническому применению», — сказал он.
