Los endoscopios flexibles pueden deslizarse a través de pasajes estrechos para tratar áreas difíciles de alcanzar del cuerpo. Sin embargo, una vez que llegan a su objetivo, estos dispositivos dependen de herramientas quirúrgicas rígidas para manipular o eliminar el tejido. Estas herramientas ofrecen a los cirujanos una destreza y detección reducidas,limitar las capacidades terapéuticas actuales del endoscopio.
Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en la Universidad de Harvard han desarrollado un brazo robótico híbrido rígido-blando para endoscopios con detección integrada, flexibilidad y múltiples grados delibertad.Este brazo, construido utilizando un paradigma de fabricación basado en la fabricación emergente y la litografía suave, se apoya sobre un endoscopio hasta que llega al lugar deseado, luego se levanta para ayudar en los procedimientos quirúrgicos.
La investigación se describe en Tecnologías avanzadas de materiales .
Los robots blandos son muy prometedores para aplicaciones quirúrgicas porque pueden igualar la rigidez del cuerpo, lo que significa que no perforarán ni rasgarán accidentalmente el tejido. Sin embargo, a escalas pequeñas, los materiales blandos no pueden generar suficiente fuerza para realizar tareas quirúrgicas.
"A escala milimétrica, un dispositivo blando se vuelve tan blando que no puede dañar el tejido pero tampoco puede manipular el tejido de manera significativa", dijo Tommaso Ranzani, un becario postdoctoral en SEAS y el Instituto Wyss ycoautor del artículo: "Eso limita la aplicación de microsistemas blandos para realizar la terapia. La pregunta es cómo podemos desarrollar robots blandos que aún puedan generar las fuerzas necesarias sin comprometer la seguridad".
Inspirado por la biología, el equipo desarrolló un modelo híbrido que utilizaba un esqueleto rígido rodeado de materiales blandos. El método de fabricación se basó en trabajos previos de fabricación emergente inspirada en el origami, desarrollado por Robert Wood, el profesor de ingeniería Charles Rivery Ciencias Aplicadas.
Wood es coautor del artículo y es miembro principal de la facultad del Instituto Wyss.
Las técnicas anteriores de fabricación de elementos emergentes, como las utilizadas con los Robobees, se basan en métodos de actuación que requieren altos voltajes o temperaturas para funcionar, algo que no sería seguro en una herramienta quirúrgica que manipula directamente tejidos y órganos biológicos.
Entonces, el equipo integró actuadores suaves en el sistema emergente.
"Descubrimos que al integrar microaccionadores fluidos suaves en las estructuras emergentes rígidas, podríamos crear mecanismos emergentes suaves que aumentaron el rendimiento de los actuadores en términos de la fuerza de salida y la previsibilidad y controlabilidad del movimiento".dijo Sheila Russo, becaria postdoctoral en SEAS y Wyss y autora principal del artículo. "La idea detrás de esta tecnología es básicamente obtener lo mejor de ambos mundos mediante la combinación de tecnologías robóticas suaves con estructuras rígidas inspiradas en origami. Utilizando este método de fabricación, nosotrospudieron diseñar un dispositivo que puede permanecer plano cuando el endoscopio está navegando hacia el área quirúrgica, y cuando el cirujano llega al área en la que desea operar, pueden implementar un sistema blando que puede interactuar de manera segura y efectiva con el tejido ".
Los actuadores suaves funcionan con agua. Están conectados a los componentes rígidos con un enlace químico irreversible, sin la necesidad de ningún adhesivo. El equipo demostró la integración de la detección capacitiva simple que puede usarse para medir las fuerzas aplicadas al tejidoy para darle al cirujano una idea de dónde está el brazo y cómo se mueve. El método de fabricación permite la fabricación a granel, que es importante para los dispositivos médicos, y permite mayores niveles de complejidad para una mayor detección o actuación. Además, todos los materiales utilizadosson biocompatibles
El brazo también está equipado con una ventosa, inspirada en tentáculos de pulpo, para interactuar de manera segura con el tejido. El equipo probó el dispositivo ex vivo, simulando un procedimiento endoscópico complicado en el tejido de cerdo. El brazo manipuló con éxito el tejido de manera segura.
"La capacidad de integrar a la perfección una actuación suave pero efectiva en mecanismos desplegables a escala milimétrica encaja naturalmente con una gran cantidad de procedimientos quirúrgicos", dijo Wood. "Estamos enfocados en algunas de las técnicas endoscópicas más desafiantes donde la destreza de la herramienta y la retroalimentación del sensor sonen una prima y potencialmente puede hacer la diferencia entre el éxito y el fracaso "
Los investigadores demostraron que el dispositivo podía reducirse a 1 milímetro, lo que permitiría su uso en procedimientos endoscópicos aún más estrictos, como los pulmones o el cerebro.
A continuación, los investigadores esperan probar el dispositivo in vivo.
"Nuestra tecnología allana el camino para diseñar y desarrollar robots más pequeños, más inteligentes y más suaves para aplicaciones biomédicas", dijo Russo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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