Los interiores del cuerpo humano son en su mayoría maleables (sí, este es un término técnico), y nuestras partes internas suaves no siempre hacen frente a la colocación de objetos rígidos en ellos. Las esquinas afiladas pueden dañar los órganos y los vasos sanguíneos, y el sistema de defensa del cuerpo puede rodear el objeto extraño con tejido cicatricial y evitar que cumpla la función que se le asigna. Los investigadores están trabajando en la fabricación de
robots blandos que el cuerpo aceptará más fácilmente, lo que permitirá que las máquinas interactúen estrechamente con el tejido sin comprometer la seguridad.
Los tres robots experimentales presentados están diseñados para diferentes propósitos: dos de ellos son implantes y el tercero es una herramienta potencial para el cirujano. Pero todos nos muestran un tipo de robot más delicado, que apareció gracias a nuevos materiales y actuadores flexibles.
Abrazando el corazón
En los senos de 41 millones de personas en todo el mundo, los corazones que fallan están perdiendo efectividad gradualmente, completando la tarea vital de bombear sangre. Algunos pacientes con insuficiencia cardíaca están en la lista de espera de trasplantes, mientras que otros tienen bombas de metal, dispositivos de asistencia ventricular (
DAV ). Pero la presencia de VAD aumenta el riesgo de coágulos sanguíneos que aparecen cuando el fluido fluye a lo largo de superficies metálicas o plásticas.
En busca de una bomba mejor, un equipo internacional de investigadores produjo una
funda de silicona que abraza el corazón desde el exterior, protege el torrente sanguíneo del contacto con un robot que comprime rítmicamente el corazón. El diseño de la manga se inspiró en la estructura muscular del corazón. Su capa interna se comprime usando anillos concéntricos, y la externa es como una espiral. En una etapa temprana de desarrollo, el dispositivo utiliza 14 actuadores neumáticos (6 en una capa concéntrica, 8 en espiral) que funcionan por separado de la bomba de aire, lo que permite a los experimentadores verificar varios modos de compresión. En un experimento con cerdos vivos, los investigadores demostraron que el dispositivo puede reconocer y combinar el ritmo natural del corazón, estableciendo un ritmo uniforme que corrige las contracciones poco confiables.
Potencialmente, los robots blandos no solo son capaces de soportar un cuerpo defectuoso, según la coautora
Helen Roche , postdoctorado de la Universidad Nacional de Irlanda. En septiembre, se transferirá al MIT y comenzará a trabajar como profesora titular de ingeniería mecánica. "Al copiar las propiedades naturales del órgano, será mejor que pueda ayudarlo, y tal vez pueda intentar rehabilitarlo o ayudarlo a restaurar sus funciones", dice. "Si simplemente asume todas sus funciones, no se sentirá mejor".
Dosis de medicación
Cuando se piensa en cronómetros suizos, es improbable que primero se les ocurran adjetivos como "blando" y "flexible", por lo que los investigadores de la Universidad de Columbia obtienen los cinco primeros por su enfoque creativo. Después de reproducir el mecanismo del reloj maltés en hidrogel blando, crearon un
robot biocompatible que puede contar el tiempo y liberar dosis de la medicina dentro del cuerpo.
Samuel Sia , profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Columbia, creó un biobot basado en un reloj con un simple engranaje de hidrogel en el que están incrustadas las nanopartículas de hierro. Esto permite a los investigadores rotarlo con un imán externo. Cada clic posterior abre una cámara hueca capaz de liberar una dosis de líquido. Sia sugiere que, en el tratamiento del cáncer, tales implantes pueden proporcionar la administración local de medicamentos de quimioterapia para librar al resto del cuerpo de los efectos tóxicos del medicamento. Después de probar el dispositivo en ratones con cáncer de hueso, descubrió que los medicamentos administrados por el biobot mataron más células tumorales y ahorraron más células del resto del cuerpo que los sistemas de quimioterapia típicos. Además, debido a la presencia de un panel de control externo, las dosis pueden determinarse a petición del médico.
La parte más difícil fue obtener el material perfecto, dice Sia, ni demasiado suave ni demasiado duro. "No quiero perder las agradables propiedades del hidrogel, pero si el material se comprime como una medusa, no harás robots con él", dice. "Debe ser lo suficientemente fuerte como para funcionar como una pequeña máquina implantable".
Agarrando suavemente
Los cirujanos modernos usan muchas herramientas diferentes para trabajar con sus órganos internos. Por ejemplo, una herramienta se puede usar para alejar la capa de grasa, otra, para cortar un tumor en el riñón. Los cirujanos intentan escrupulosamente evitar daños innecesarios en la delicada carne, y puede ser más fácil para ellos lograr esto usando herramientas suaves de Xuanhe Zhao.
Zhao, profesor asociado en el MIT, se especializa en varios tipos de mecanismos y ha desarrollado
varios dispositivos robóticos de hidrogel, cada uno de los cuales es cubos huecos entrelazados. Para activar el dispositivo, la jeringa vierte agua en el robot de diferentes maneras, de modo que el robot se endereza o gira, lo que resulta en movimientos rápidos y fuertes. Uno de esos robots, que se asemeja a una mano de cinco dedos, demostró su arte al atrapar un pez dorado flotante y luego soltarlo sin dañarlo. El equipo de Zhao está trabajando con investigadores médicos para crear "manos" de hidrogel que puedan sostener órganos durante la cirugía robótica.
Otra aplicación de esta tecnología puede ser un robot que gira alrededor del intestino y lo comprime rítmicamente, imitando los movimientos ondulados del peristaltismo, promoviendo la comida a lo largo del tracto digestivo. Parece que los robots blandos del mañana pueden agarrar cualquier cosa dentro del cuerpo.