Les intérieurs du corps humain sont pour la plupart malléables (oui, c'est un terme technique), et nos intérieurs mous ne font pas toujours face au placement d'objets rigides en eux. Les coins coupants peuvent endommager les organes et les vaisseaux sanguins, et le système de défense du corps peut entourer l'objet étranger de tissu cicatriciel et l'empêcher de remplir la fonction qui lui est assignée. Les chercheurs travaillent à la fabrication de
robots souples que le corps acceptera plus facilement, ce qui permettra aux machines d'interagir étroitement avec les tissus sans compromettre la sécurité.
Les trois robots expérimentaux présentés sont conçus à des fins différentes - deux d'entre eux sont des implants et le troisième est un outil potentiel pour le chirurgien. Mais ils nous montrent tous un type de robots plus délicat, qui est apparu grâce à de nouveaux matériaux et des actionneurs flexibles.
Étreindre le cœur
Dans les seins de 41 millions de personnes dans le monde, les cœurs défaillants perdent progressivement de leur efficacité, accomplissant la tâche vitale de pomper le sang. Certains patients atteints d'insuffisance cardiaque sont sur la liste d'attente de transplantation, tandis que d'autres ont des pompes métalliques, des dispositifs d'assistance ventriculaire (
DAV ). Mais la présence de DAV augmente le risque de caillots sanguins qui apparaissent lorsque le fluide coule le long des surfaces métalliques ou plastiques.
À la recherche d'une meilleure pompe, une équipe internationale de chercheurs a produit un
manchon en silicone qui épouse le cœur de l'extérieur, protège la circulation sanguine du contact avec un robot qui comprime le cœur en rythme. La conception des manches a été inspirée par la structure musculaire du cœur. Sa couche intérieure est compressée à l'aide d'anneaux concentriques, et l'extérieur est comme une spirale. À un stade précoce de développement, l'appareil utilise 14 actionneurs pneumatiques (6 dans une couche concentrique, 8 dans une spirale) qui fonctionnent séparément de la pompe à air - cela permet aux expérimentateurs de vérifier différents modes de compression. Dans une expérience avec des porcs vivants, les chercheurs ont montré que l'appareil peut reconnaître et faire correspondre le rythme naturel du cœur, en définissant un rythme uniforme qui corrige les contractions peu fiables.
Les robots mous sont potentiellement non seulement capables de supporter un corps défaillant, selon la co-auteure
Helen Roche , postdoctorante à l'Université nationale d'Irlande. En septembre, elle sera transférée au MIT et commencera à travailler comme maître de conférences en génie mécanique. «En copiant les propriétés naturelles de l'organe, vous feriez mieux de l'aider - et peut-être pouvez-vous essayer de le réhabiliter ou de l'aider à restaurer ses fonctions», dit-elle. "Si vous assumez simplement toutes ses fonctions, il ne se sentira pas mieux."
Dosage des médicaments
Lorsque l'on pense aux chronomètres suisses, il est peu probable que des adjectifs tels que «doux» et «souple» viennent à l'esprit en premier, de sorte que les chercheurs de l'Université Columbia obtiennent les cinq premiers pour leur approche créative. Après avoir reproduit le mécanisme de l'horloge maltaise en hydrogel doux, ils ont créé un
robot biocompatible qui peut compter le temps et libérer des doses de médicament à l'intérieur du corps.
Samuel Sia , professeur de génie biomédical à l'Université Columbia, a créé un biobot basé sur une montre avec un simple engrenage hydrogel dans lequel des nanoparticules de fer sont intégrées. Cela permet aux chercheurs de le faire tourner avec un aimant externe. Chaque clic subséquent ouvre une chambre creuse capable de libérer une dose de fluide. Sia suggère que dans le traitement du cancer, ces implants peuvent fournir une administration locale de médicaments de chimiothérapie pour débarrasser le reste du corps des effets toxiques du médicament. Après avoir testé l'appareil sur des souris atteintes d'un cancer des os, il a constaté que les médicaments délivrés par le biobot tuaient plus de cellules tumorales et épargnaient plus de cellules du reste du corps que les systèmes de chimiothérapie typiques. De plus, en raison de la présence d'un panneau de contrôle externe, les doses peuvent être déterminées à la demande du médecin.
La partie la plus difficile était d'obtenir le matériau parfait, dit Sia, pas trop mou, pas trop dur. «Je ne veux pas perdre les propriétés agréables de l'hydrogel, mais si le matériau est compressé comme une méduse, vous n'en ferez pas de robots», dit-il. «Il doit être suffisamment solide pour fonctionner comme une minuscule machine implantable.»
Saisissant doucement
Les chirurgiens modernes utilisent de nombreux outils différents pour travailler avec vos organes internes. Par exemple, un outil peut être utilisé pour éloigner la couche de graisse, un autre - pour couper une tumeur sur le rein. Les chirurgiens tentent scrupuleusement d'éviter les dommages inutiles à la chair délicate, et il peut être plus facile pour eux d'y parvenir en utilisant des outils souples de Xuanhe Zhao.
Zhao, professeur agrégé au MIT, est spécialisé dans divers types de mécanismes et a développé
plusieurs dispositifs robotiques d' hydrogel, dont chacun est des cubes creux entrelacés. Pour activer l'appareil, la seringue verse de l'eau dans le robot de différentes manières, de sorte que le robot se redresse ou se tord, ce qui entraîne des mouvements rapides et puissants. Un tel robot, ressemblant à une main à cinq doigts, a démontré son art en attrapant un poisson rouge flottant, puis en le relâchant sans le blesser. L'équipe de Zhao travaille avec des chercheurs médicaux pour créer des «mains» d'hydrogel pouvant contenir des organes lors d'une chirurgie robotique.
Une autre application de cette technologie peut être un robot tournant autour de l'intestin et le compressant rythmiquement, imitant les mouvements ondulatoires du péristaltisme, favorisant la nourriture le long du tube digestif. Il semble que les robots mous de demain puissent saisir n'importe quoi dans le corps.