Список возможных применений миниатюрных роботов в медицине достаточно длинный. Он охватывает самые разные сценарии: от целевой доставки лекарств, до хирургических процедур. Для решения этого широкого диапазона задач уже разработан и протестирован целый арсенал роботов — от нанометрового до сантиметрового масштаба. Однако сегодня эти маленькие помощники во многих ситуациях уже достигли предела возможностей. 

Импровизируй, адаптируйся, превозмогай

Например, в случае с эндоскопической микрохирургией, необходимые инструменты часто слишком тяжелы, чтобы робот размером в один миллиметр мог доставить их к месту назначения. Другая распространенная проблема заключается в том, что роботам часто приходится передвигаться "ползком". Однако поверхности многочисленных структур тела покрыты слизью, на которой роботы скользят и увязают.

Команда под руководством Тянь Цю из DKFZ в Дрездене разработала решение обеих этих проблем. Их подход в том, чтобы объединить отдельные миллиметровые машины в одну цепочку — TrainBot. Более того, эти шагающие устройства оснащены улучшенными противоскользящими ножками. Вместе они способны транспортировать эндоскопические инструменты. Также важно, что TrainBot работает без проводов. Его отдельные блоки управляются магнитным полем, которое обеспечивает перемещение и контроль вращения. Внешняя система управления рассчитана на расстояния в масштабе человеческого тела.

Углубляясь в тему

Исследователи DKFZ из Дрездена уже использовали свой конвой роботов из трех модулей для моделирования действий в ходе хирургической процедуры. В случае рака желчных протоков эти полости часто блокируются, вызывая опасный для жизни пациента застой. Для решения такой медицинской задачи необходима эндоскопическая диагностика и хирургическое вмешательство. Для этого гибкий эндоскоп вводится через рот в тонкую кишку, а оттуда в желчный проток. Одной из основных трудностей тут является именно маневрирование зондом: последний этап необходимо преодолеть, направив инструмент под острым углом.

"Именно здесь гибкий конвой роботов может показать свои сильные стороны", — говорит руководитель проекта Тянь Цю. Его команда продемонстрировала это, используя органы, взятые у свиньи. Конвой роботов смог манипулировать эндоскопическим инструментом для разрушения тканей, вызывающих застой в протоках. Используемый для этой операции проволочный электрод имеет длину 25 сантиметров и в три с половиной раза тяжелее шеренги роботов, перемещающих его в теле пациента. 

"Впоследствии, например, другая колонна TrainBot может доставить катетер для дренирования жидкости или введения лекарств, — объясняет процесс первый автор исследования Мункванг Чон. — После многообещающих результатов с TrainBots в модели органа мы с оптимизмом смотрим на то, что сможем разработать команды миниатюрных роботов для дургих задач в эндоскопической хирургии".

Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.