Ein weicher Roboter hilft dem Herzen zu schlagen

Rund 41 Millionen Menschen auf der ganzen Welt leben mit Herzinsuffizienz-Syndrom, einer chronischen Herzerkrankung. Sehr oft ist dieses Syndrom eine der Todesursachen. Ungefähr jeder Zweite mit einer solchen Diagnose stirbt innerhalb von fünf Jahren nach der Diagnose.

Eine Störung des Herzens äußert sich in der Tatsache, dass der Herzmuskel keine ausreichende Durchblutung bietet. Aus diesem Grund reichert sich im Blut eine große Menge Kohlendioxid an, was alle Folgen hat: Hypoxie der Organe und Gewebe, Azidose, Stoffwechselstörungen und letztendlich möglicher Tod.

Glücklicherweise werden Millionen von Menschen dank der neuesten Fortschritte in der Elektronik und der weichen Robotik bald hoffen, sich zu erholen.

Derzeit einer der Behandlungen für Herzinsuffizienz liegt in der Einstellung der Herzkammer - Unterstützungssystem (Herzunterstützungssystem, VAD) - mechanische Vorrichtung , die teilweise oder vollständig die Funktion des Herzens ersetzt.


Implantationsoptionen für herzventrikuläre Unterstützungssysteme.

Dieses System hilft bei Herzinsuffizienz, erhöht jedoch das Risiko für Blutgerinnsel und Schlaganfall.

Forscher der Harvard University und des Boston Children's Hospital haben eine effektivere und sicherere Alternative entwickelt. Dies ist eine weiche Silikonkupplung, die genau auf die Konturen des Herzens abgestimmt ist und es von allen Seiten umgibt. Die Roboterkupplung schneidet genau im Herzschlag und hilft ihm, damit umzugehen.



„Diese Arbeit ist ein hervorragender Beweis für das konzeptionelle Ergebnis eines so weichen Roboters. Es zeigt die Fähigkeit, sicher mit Weichteilen zu interagieren, und trägt zur Verbesserung der Herzfunktion bei “, sagt Conor Walsh, einer der Autoren des wissenschaftlichen Artikels.

Die konstruierte Kupplung besteht aus weichem Material, das keine Zurückweisung verursacht. Über die Kupplung selbst werden Nähte gelegt, die auch durch die Wirkung pneumatischer Antriebe reduziert werden. Die Richtung der Nähte ist so ausgelegt, dass die Kupplung reduziert und synchron mit der äußeren Schicht des Herzmuskels gedreht wird. In gewissem Sinne ist dies eine Art Analogon eines Roboter-Exoskeletts, das ein lebendiges Herz stärkt, das in seiner Ähnlichkeit geschaffen wurde.

Labordemonstration eines weichen Roboters

Gelbeschichtung reduziert die Reibung zwischen Roboter und lebendem Gewebe.

Der Vorteil von Silikonmaterial besteht darin, dass die Kupplung für jede Größe und Form des Herzens hergestellt werden kann. Darüber hinaus kann es im Defekt das biologische Organ ergänzen. Wenn beispielsweise der linke Ventrikel des Herzens schwächer als der rechte Ventrikel arbeitet, kann das Gerät so konfiguriert werden, dass es dem Herzen von der Seite des linken Ventrikels aktiver hilft.

Die Aktivität des Geräts wird von einem Computer gesteuert und bei Bedarf konfiguriert. Wenn beispielsweise die Herzfunktion wiederhergestellt ist, kann die Unterstützungsleistung reduziert werden. Theoretisch kann sich das Herz dank einer solchen Unterstützung in einigen Fällen nach einem Herzinfarkt vollständig erholen, so dass das Gerät im Laufe der Zeit ausgeschaltet werden kann.

Früher weigerte sich die Kardiologie aufgrund technischer Einschränkungen zugunsten von Geräten wie VAD, Herzkompressionsmechanismen zu verwenden. Mit der Entwicklung der weichen Robotik ist es jedoch sinnvoll, diese Prinzipien erneut zu überarbeiten.

Für die Robotik selbst ist dies ebenfalls eine wichtige Leistung, da dieses Gerät der erste weiche Roboter ist, der für die Arbeit im menschlichen Körper entwickelt wurde. Vor Beginn von Experimenten an Menschen gibt es jedoch noch eine Reihe von Langzeitversuchen an Tieren.

Demonstration der Arbeit eines weichen Roboters in der Brust eines Schweins (in vivo)

Vielleicht werden solche Geräte eines Tages in der Zukunft die Sterblichkeit aufgrund von Herzinsuffizienz fast vollständig beseitigen. Alle Menschen erhalten anlässlich ihres 55. Geburtstages Unterstützung für ihr Herz als Teil eines Altersversorgungspakets des Staates oder einer Versicherungsgesellschaft und können weiterhin ein erfülltes Leben führen, ohne Angst vor einem Herzinfarkt zu haben.


Softroboter-Design zur Unterstützung des Herzens

In der ersten Generation ist der Softroboter noch recht sperrig. Elektronik für die Datenerfassung und Pneumatik wird in Form von externen Peripheriegeräten hergestellt, die sich außerhalb des Körpers befinden. Das heißt, dieser ganze Satz muss getragen werden. Es ist zu hoffen, dass die Ingenieure das Problem der peripheren Miniaturisierung schnell lösen können.


Ausrüstung für die Implantatpflege

Wissenschaftliche Arbeitveröffentlicht am 18. Januar 2017 in der Zeitschrift Science Translational Medicine (doi: 10.1126 / scitranslmed.aaf3925).

Source: https://habr.com/ru/post/de400957/