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Construyendo un estómago-bot autoensamblado
Los médicos han buscado durante mucho tiempo mejores formas de examinar el funcionamiento del cuerpo humano sin tener que cortar a sus pacientes. Una cámara ingerible, un poco más grande que una pastilla normal, ya puede tomar fotografías mientras flota por el estómago y el intestino, lo que ofrece una forma menos invasiva de realizar el diagnóstico que un endoscopio o una cirugía. Ahora, un consorcio de investigadores europeos está probando una forma de conectar varios dispositivos tragables para crear un robot quirúrgico que se autoensamblaría dentro del estómago.
Vinculado: Mediante el uso de enlaces magnéticos entre cápsulas, los investigadores esperan construir un robot con forma de serpiente que pueda autoensamblarse dentro del estómago de un paciente.
La empresa israelí que desarrolló las primeras cámaras de píldoras, Given Imaging, está trabajando actualmente en una forma de controlar el movimiento de la cápsula de su cámara desde el exterior del cuerpo. Varios grupos de investigación académica también están buscando formas de permitir que las cápsulas tragables se muevan por sí mismas rodando, gateando o adhiriéndose al tejido. Con un mayor control, los médicos deberían poder diagnosticar mejor y posiblemente incluso tratar la enfermedad. Pero las capacidades de tales dispositivos intestinales seguirán siendo limitadas porque una cápsula debe permanecer lo suficientemente pequeña como para tragarla cómodamente.
Una colaboración de investigadores de Italia, Francia, Suiza y España, denominada ARES , está probando una forma de que varias cápsulas se unan automáticamente. Cada uno se tragaría individualmente antes de ensamblarlo en un dispositivo más complejo una vez que estuviera seguro en el estómago.
El objetivo final es que cada cápsula realice una tarea diferente: una para obtener imágenes, otra para obtener energía, una para tomar muestras, etc. Una vez dentro del estómago, las cápsulas se unirían, creando un dispositivo similar a una serpiente que podría deslizarse a través de los intestinos, realizando tareas más complejas que las realizadas por una sola cápsula o varias que flotan libremente.
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Haga clic aquí para ver una prueba de concepto de los módulos tragables en acción.
En lugar de tener una sola cápsula, proponemos un enfoque modular donde cada una de las cápsulas podría tener diferentes funcionalidades, dice Zoltán Nagy , investigador del Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH), en Zúrich, y miembro del proyecto ARES. Antes de que podamos hablar de robots tan complejos dentro del estómago, debemos resolver el problema fundamental del autoensamblaje. Nuestro trabajo sugiere una [forma en que] esto se puede hacer de manera sólida, dice Nagy.
El grupo ETH decidió usar imanes para conectar sus módulos, ya que no requieren energía a bordo y pueden monitorearse fácilmente desde el exterior del cuerpo.
Para encontrar el mejor diseño para las cápsulas autoensamblables, los investigadores probaron diferentes diseños en un modelo de plástico del estómago lleno de líquido. Ejecutaron alrededor de 50 pruebas para cada una de las 12 configuraciones diferentes de tamaño de módulo, tipo de imán y disposición de imán. Un solo imán con su eje positivo-negativo en la superficie de una cápsula más larga funcionó mejor, produciendo una tasa de éxito del 75 por ciento en unir las dos cápsulas; la modificación del módulo magnético para hacerlo más flexible aumentó esto al 90 por ciento. El grupo presentará detalles de los módulos de enlace esta semana en la Conferencia Internacional sobre Robots y Sistemas Inteligentes en Francia.
[El] trabajo es interesante como concepto ya que los robots modulares que se ensamblan dentro del cuerpo podrían permitir aplicaciones robóticas relacionadas con el sistema gastrointestinal más flexibles y complejas, dice Metin Sitti , un científico que trabaja en el agarre de cápsulas robóticas en la Universidad Carnegie Mellon. Las cápsulas actuales normalmente se hacen más grandes al agregar más funcionalidades ... El ensamblaje de módulos tendría [menos] problemas de este tipo.
Prueba de estómago: Investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología, en Zúrich, utilizaron un estómago de plástico para ver qué diseño magnético se vincula mejor en un espacio limitado lleno de líquido.
Una de las principales limitaciones [de la cápsula de imágenes ingerible] es la batería, dice Milán Dodig , gastroenterólogo de la Clínica Cleveland, que usa el dispositivo para tratar a sus pacientes. Toma casi el 60 por ciento del volumen de la cápsula; no es orientable [y] aún puede perder cosas. El ángulo de las imágenes también es limitante y no se puede ver el [intestino] completo.
El equipo de ETH pudo detectar qué tan bien los módulos estaban conectados entre sí al monitorear los cambios en el campo de cada imán. Con [este] método simple, puedo detectar si hay uno conectado, lo que significa que puedo crear una imagen en la computadora, dice Nagy.
La siguiente etapa de la investigación implicará asegurarse de que los imanes no dañen el tejido cuando se bloquean entre sí. Esto implicará probar el sistema en un estómago artificial en movimiento o un estómago de animal proporcionado por un grupo asociado. El equipo también necesita encontrar una manera de controlar cómo se organizan las cápsulas.
Algo como esto que pudiera tragarse, autoensamblarse y controlarse de forma remota sería un gran avance, dice Joseph Murray , gastroenterólogo de la Clínica Mayo, que no participó en el trabajo. Sin embargo, dice que será un desafío utilizar los imanes de forma segura.
Existe una gran demanda por parte de los médicos para tener una cámara orientable con control de movimiento, agrega Frank Volke, líder del proyecto en el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Biomédica, en Sankt Ingbert, quien está ayudando a desarrollar una técnica para dirigir la cámara de píldoras de Given Imaging por controlarlo magnéticamente. Creo que es un enfoque de investigación científica muy interesante que podría llevar más tiempo para su uso práctico, dice Volke sobre el trabajo de ETH.
Nagy dice que el esquema de enlace magnético desarrollado por su equipo también podría usarse para construir robots de búsqueda y rescate que puedan deslizarse a través de los escombros y entrar en espacios reducidos. Puedes imaginarte lanzando un par de piezas del robot y autoensamblando, dice Nagy.