Сингапурские инженеры из Наньянского технологического университета (NTU) представили прототип робота - микрохирурга, сопоставимого по габаритам с семенем растения. Ключевой особенностью устройства является способность молниеносно, менее чем за секунду, менять режим работы между пятью различными задачами. Эта разработка способна произвести революцию в сфере малоинвазивной хирургии.
Габариты аппарата составляют всего 4,4 мм в длину. Управление осуществляется дистанционно, без проводов, за счет воздействия слабых магнитных полей. Несмотря на микроскопические размеры, робот демонстрирует широкий спектр возможностей: он способен передвигаться по мягким субстратам, рассекать живые ткани, точечно высвобождать медикаменты, а также захватывать и удерживать образцы биоматериала. Кроме того, устройство может генерировать тепло дистанционно.
По словам ученых, их работа решает фундаментальную задачу миниатюрной робототехники — объединение множества инструментов в едином компактном корпусе без ущерба для скорости и точности манипуляций. В то время как большинство аналогов ограничены одной-двумя функциями, детище NTU объединяет пять. Долгосрочное видение команды заключается в том, чтобы в будущем врачи могли вводить таких роботов в организм пациента, направлять их к очагу патологии и проводить терапевтические манипуляции на месте.
Конструкция робота выполнена из мягких биосовместимых полимеров — полидиметилсилоксана (PDMS) и Ecoflex. В структуру материала внедрены микроскопические магнитные частицы. В основе системы лежит интеллектуальный магнитный модуль, который можно намагничивать, размагничивать и перемагничивать в различных направлениях. Каждая конкретная ориентация магнитных частиц активирует свой инструмент (режим), позволяя роботу по команде менять «профессию».
Для повышения автономности и точности инженеры спроектировали разные сегменты устройства так, чтобы они реагировали на магнитные сигналы независимо друг от друга. Это избавляет систему от главного недостатка магнитных микророботов — синхронного движения всего корпуса как единого магнита. Кроме того, в конструкцию заложена шестая степень свободы — вращение вокруг продольной оси. Это маневрирование критически важно для навигации в извилистых и узких анатомических каналах человеческого тела.
Эффективность технологии была подтверждена в ходе лабораторных тестов на куриной печени и гелевых моделях мягких тканей. Робот успешно справился с разрезанием материала, доставкой имитирующих лекарства частиц, сбором и хранением образцов тканей, а также локальным нагревом посредством магнитной индукции. Последняя функция представляет особый интерес для метода магнитной гипертермии, исследуемого как способ лечения онкологических заболеваний.
Важным аспектом стала проверка безопасности материалов: при контакте с клетками кожи человека выживаемость составила более 99%, что свидетельствует о низкой токсичности компонентов в лабораторных условиях.
В настоящее время исследовательская группа изучает пути интеграции своего изобретения с системами медицинской визуализации и датчиками, а также сотрудничает с практикующими хирургами для адаптации технологии к будущим клиническим протоколам. Как подчеркивают авторы проекта, для перехода от лабораторных опытов к реальной медицинской практике необходимо не только доказать работоспособность робота, но и разработать методы его точного отслеживания и контроля в условиях живого организма.
