Muhteşem yeni robot ‘robotik iplik’. MIT mühendisleri, beynin labirent gibi dar ve kılcal damarlarında kayarak ilerleyen ve manyetik olarak yönlendirilebilen iplik benzeri bir robot geliştirdi. Gelecekte bu robotik iplik belki de endovasküler teknolojilerle daha da gelişecek ve doktorlar robotu uzaktan yönlendirerek, hastalarının beyin damarlarındaki anevrizma ya da felçe neden olan lezyon ve tıkanıklıkları hızlıca tedavi edebilecekler.
MIT Makine Mühendisliği’nde ve İnşaat ve Çevre Mühendsiliği’nde Doçent olan XuanheZhao, “Bugün felç geçirmek engelliliğe neden olduğu gibi Amerika’da 5 numaralı öIüm nedeni.
Ama akut felcin ilk 90 dakikasında tedavi gerçekleşirse, hayatta kalma oranı önemli ölçüde artar” diyor. “Eğer bu ‘altın süre’ içinde beyindeki tıkanıklık durumunu tersine çevirebilecek bir cihaz tasarlayabilirsek, kalıcı beyin hasarını önleriz. Ümidimiz bu yönde.”
Baş yazar Yoonho Kim ve MIT Makine Mühendisliği’nde liasansüstü öğrencileri de kapsayan Zhao ve ekibi, yaptıkları bu yumuşak robotik dizaynlarını Science Robotics dergisine açıkladı. Makalenin yardımcı yazarları MIT’de Alman lisansüstü öğrencisi Alberto Parada ve misafir öğrenci ShengduoLiu’ydu.
Dar Bir Noktada
Doktorların kan pıhtısını temizlemek için izledikleri endovasküler prosedür, ana arterden ince bir tel geçirme amacıyla, genelde bacak veya kasığı kullanarak, küçük invazif bir ameliyat uygulanmasıdır. Cerrah, beyin damarlarını anlık olarak gösteren bir X-Ray cihazı olan floroskop yardımıyla, teli manuel olarak hasarlı damara doğru çevirir. Etkilenen bölgeye ilaç zerk etmek ya da pıhtıyı almak için bir kateter tüp, tel boyunca damardan ilerleyebilir.
Kim, bu prosedürün yorucu olabileceğini çünkü her ne kadar iyi eğitilmiş ve alanında uzman da olsa cerrahındevamlıfloroskoptan kaynaklı radyasyona maruz kaldığını söylüyor. Kim, “Bu çok titizlik gerektrien bir beceri ve hastalar için özellikle banliyö veya kırsal alanlarda yeterli sayıda cerrah yok” diyor.
Bu tür prosedürlerde kullanılan tıbbi kılavuz telleri pasiftir, yani manuel olarak kontrol edilmeleri gerekir ve tipik olarak çekirdeği metalik alaşımdan, dış kaplaması ise polimerden üretilir. Kim telingeçici olarak özellikle dar bir alanda sıkışıp kalması durumunda sürtünme üretebileceğini ve damar astarlarına zarar verebileceğini söyledi.
Ekip, laboratuvarlarında geliştirdikleri teknolojinin hem bu kılavuz telinin tasarımına hem de doktorların radyasyona maruz kalmasına ilişkin bu prosedürleri de iyileştirebileceğini fark etti.
İğneden İplik Geçirmek
Geçtiğimiz birkaç yıl boyunca, ekip hem hidrojeller -çoğunukla sudan üretilen biyo-uyumlu malzemeler- hem de üç boyutlu basılmış ve manyetik olarak çalıştırılan, mesela sadece bir mıknatısın yönünü izleyerek sürünmesi, zıplaması ve hatta bir topu yakalaması için tasarlanan malzemeler üzerine uzmanlık kazanmıştı.
Bu çalışmada araştırmacılar, uzun ömürlü silikon kullanarak beyin damarlarının kopyasını üretti. Daha sonra bu damarlardan geçebilecek kadar ince ve manyetik olarak yönlendirilebilir bir iplik ya da kılavuz tel üretti. Bunun için de daha önceki çalışmalarındaki hidrojelleri ve manyetizmayla yönlendirilen malzemeleri kullandılar.
Robotik iplik Neden yapıldı? ve Nasıl bir malzeme?
Robotik ipliğin çekirdeği, bükülebilir ve esnek bir materyal olan nikel-titanyum alaşımından, namı diğer “nitinol”den yapılır. Elbise askısının aksine, nitinol büküldüğü zaman şeklini koruyan ve orijinal şekline dönebilen bir malzeme. Bu yapısı datelin damarlardan ilerlemesinde daha fazla esneklik sağlıyor. Ekip, telin nitinolden imal ettiği çekirdeğini, kauçuk parçacıklarıyla ve manyetik parçacıkları gömdükleri bir çeşit mürekkeple kapladı.
Son olarak bu yalıtılmış manyetik bileşenlerin olduğu çekirdeği hidrojel -alttaki manyetik partiküllerin duyarlılığını etkilemeyen ve tele pürüzsüz, sürtünmesiz, biyouyumlu yüzey sağlayan bir malzeme- ile kaplamak için bir takım kimyasal işlemlerden geçirdiler.
Robotik ipliğin hassasiyetini ve aktivasyonunu göstermek için arka arkaya dizilmiş delikler kullandılar. Ve kukla gibi yukarıdan asılmış mıknatıslarla robotik ipliği yönlendirerek adeta art arda iğne deliklerinden geçirdiler.
Bilgisayarlı Tomografi ile bir hastanın beyni birebir kopyalandı
Araştırmacılar gerçek bir hastanın beynini BT ile (Bilgisayarlı Tomografi) tarayarak bire bir kopyaladılar. Pıhtılardan anevrizmalara kadar her şeyiyle kopyalanan bu uzun ömürlü silikon kopyanın içinde de robotu test ettiler. Sonra ekip bu silikon damarları kan viskozunu simüle eden bir sıvıyla doldurdu ve damarların içinde robotu yönlendirmek için dışardan büyük bir mıknatısı elle yönlendirerek beynin sarmallarından ve dar yollardan geçirdi.
Kim, robotik ipliğin daha işlevsel hale getirilebileceğini ve -örneğin pıhtıyı ortadan kaldırmak için ilaçlar sağlamak veya lazer ışığıyla tıkanıklıkları gidermek için- özellikler eklenebileceğini söylüyor. Ekip sonraki aşamayı göstermek için robotun nitinol çekirdeğini optik bir fiber ile değiştirdi ve robotu manyetik olarak yönlendirerek hedef bölgeye ulaştığında lazeri aktif hale getirdi.
Araştırmacılar hidrojel ile kaplanmış ve kaplanmamış robotları karşılaştırdığında, hidrojelin kayganlık avantajı sağladığını ve dar alanlarda sıkışıp kalmadığını keşfetti. Bir endovasküler cerrahi operasyonda, bu özellik, ipliğin ilerledikçe damar astarlarına sürtünmesini ve yaralamasını önlemenin anahtarı olması umuluyor.
Peki bu yeni robotik iplik cerrahları radyasyondan nasıl koruyabilir?
Kim, manyetik alanla yönlendirilebilen bir kılavuz telin, cerrahların hastanın damarlarından manuel olarak geçirme zorunluluğunu ortadan kaldırdığını söylüyor. Bu, doktorların hastaya ve daha da önemlisi radyasyon üreten floroskopa yakın olma zorunluluğunu kaldırıyor.
Yakın gelecekte, doktorların ameliyat odasının hemen dışından, hastanın beynini görüntüleyen floroskoptan uzak farklı bir konumdan, büyük mıknatıs çiftleri gibi mevcut manyetik teknolojilerle robotu manipüle edebileceğini öngörüyor.
Kim, “Doktor mevcut platformlarla manyetik alanı kontrol edebilir ve floroskopi prosedürünü hastaya aynı anda uygulayabilir. Manyetik alanı bir joystick ile kontrol ederek diğer odada veya hatta farklı bir şehirde olabilir” diyor ve ekliyor: “Umudumuz bir sonraki adımda robot ipliğimizi canlı hücre ortamında test etmek için mevcut teknolojilerden yararlanmaktır.”
Bu araştırma, kısmen, Deniz Araştırmaları Ofisi, MIT Asker Nanoteknoloji Enstitüsü ve Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından finanse edildi.
Bunlar da ilginizi çekebilir:
- Günlük Yürüyüşlerde Kullanabileceğiniz Yeni Robotik Şortlar
- Bu robotik kol bir engellinin yeniden hissetmesini sağladı
- Robotik Alanında Devrim Yaratabilecek Terminatör’deki Gibi Gerilebilen Sıvı Metal Geliştirildi
- Bu Robot Köpeğin İnsansı Gözleri Fazla Ürkütücü Görünüyor.
Çeviri: Ömer ÇELİK
Kaynaklar: sciencedaily/releases/2019/08/190828143058
Yoonho Kim, Alman A. Parada, ShengduoLiuandXuanheZhao. Ferromagneticsoftcontinuumrobots. ScienceRobotics, 2019 DOI: 10.1126 / scirobotics.aax7329
