[Vui lòng đăng ký trang Youtube của Pacific Group tại
https://www.youtube.com/channel/UCAxje1GxiUpZD6MEcR0f5Jg/videos
Chúng tôi có các buổi chia sẻ về kinh doanh thực tế hàng tuần]
Origami millirobots đưa dịch vụ chăm sóc sức khỏe đến gần hơn với việc phân phối thuốc được nhắm mục tiêu chính xác
Origami millirobot với động cơ cho phép quay. Ảnh: Zhao Lab
Nếu bạn đã từng nuốt cùng một viên thuốc tròn với hy vọng chữa khỏi mọi thứ, từ đau bụng đến đau đầu, bạn đã biết rằng không phải lúc nào thuốc cũng được thiết kế để điều trị các điểm đau chính xác. Trong khi thuốc không kê đơn đã chữa khỏi nhiều bệnh trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu y sinh gần đây mới bắt đầu khám phá các cách để cải thiện việc phân phối thuốc đúng mục tiêu khi điều trị các tình trạng y tế phức tạp hơn, như bệnh tim mạch hoặc ung thư.
Một sự đổi mới đầy hứa hẹn trong lĩnh vực y sinh đang phát triển này là millirobot. Những con rô bốt có kích thước bằng đầu ngón tay này đã sẵn sàng trở thành cứu cánh trong tương lai của y học — để bò, quay và bơi để đi vào những không gian hẹp với nhiệm vụ điều tra hoạt động bên trong hoặc phân phối thuốc.
Nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực này, kỹ sư cơ khí của Đại học Stanford, Renee Zhao, đang làm việc trên nhiều thiết kế millirobot cùng một lúc — bao gồm một robot bò từ tính, gần đây đã được nhìn thấy đang chui qua dạ dày trên trang bìa của Science Advances. Được hỗ trợ bởi từ trường — cho phép chuyển động liên tục và có thể được áp dụng ngay lập tức để tạo ra mô-men xoắn và thay đổi cách di chuyển của robot — robot của cô ấy có thể tự chọn các trạng thái đầu máy khác nhau và vượt qua các chướng ngại vật trong cơ thể. Chỉ bằng cách thay đổi cường độ và hướng của từ trường, nhóm của Zhao có thể đưa rô-bốt lướt qua cơ thể với khoảng cách trong một bước nhảy dài gấp 10 lần chiều dài của rô-bốt.
Một khía cạnh quan trọng trong nghiên cứu của cô ấy, kích hoạt từ tính cũng cung cấp khả năng điều khiển không dây buộc cho hoạt động không xâm lấn và tách bộ phận điều khiển khỏi thiết bị để cho phép thu nhỏ. Zhao cho biết robot gần đây nhất của họ, được giới thiệu trong tháng này trên Nature Communications, là "robot không dây buộc mạnh mẽ và đa chức năng nhất mà chúng tôi từng phát triển."
"Millirobot gấp giấy origami không dây hỗ trợ quay tròn" mới này đa chức năng như tên gọi của nó. Đó là một đơn vị đơn lẻ được hình thành trang nhã có thể di chuyển nhanh chóng trên các bề mặt trơn bóng, không bằng phẳng của cơ quan và bơi qua chất lỏng cơ thể, tự đẩy không dây trong khi vận chuyển thuốc dạng lỏng. Không giống như những viên thuốc được nuốt vào hoặc được tiêm chất lỏng, robot này giữ lại thuốc cho đến khi "đạt được mục tiêu và sau đó giải phóng một loại thuốc có nồng độ cao", Zhao, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí, cho biết. "Đó là cách robot của chúng tôi đạt được mục tiêu phân phối thuốc."
Định hình lại việc phân phối thuốc
Theo Zhao, điều đột phá về robot đổ bộ đặc biệt này là nó vượt xa các thiết kế của hầu hết các robot dựa trên origami, vốn chỉ sử dụng khả năng gấp của origami để điều khiển cách robot biến hình và di chuyển.
Ngoài việc xem xét cách gấp có thể cho phép robot thực hiện một số hành động nhất định — hãy tưởng tượng một nếp gấp của đàn accordion vắt ra thuốc - nhóm của Zhao cũng xem xét kích thước của hình dạng chính xác của mỗi nếp gấp đã ảnh hưởng như thế nào đến chuyển động cứng nhắc của robot khi nó không được gấp lại. Kết quả là, hình dạng chưa mở ra của robot vốn tự cho mình lực đẩy trong môi trường. Những cân nhắc sâu rộng như vậy cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng nhiều hơn các vật liệu mà không cần thêm khối lượng lớn — và trong thế giới của Zhao, càng có nhiều chức năng đạt được từ một cấu trúc duy nhất trong thiết kế của robot, thì quy trình y tế càng ít xâm lấn.
Một khía cạnh độc đáo khác trong thiết kế của robot là sự kết hợp của các đặc điểm hình học nhất định. Một lỗ dọc vào trung tâm của rô bốt và các khe bên nghiêng về các phía làm giảm khả năng chống nước và giúp rô bốt bơi tốt hơn. Zhao cho biết: “Thiết kế này tạo ra một áp suất âm trong robot để bơi nhanh và đồng thời cung cấp lực hút cho việc nhận và vận chuyển hàng hóa”. "Chúng tôi tận dụng tối đa các đặc điểm hình học của robot nhỏ này và khám phá cấu trúc đơn lẻ đó cho các ứng dụng khác nhau và cho các chức năng khác nhau."
Dựa trên các cuộc trò chuyện với các chuyên gia Khoa Y Stanford, Phòng thí nghiệm Zhao đang xem xét cách cải thiện các phương pháp điều trị và quy trình hiện tại bằng cách xây dựng các công nghệ mới. Nếu công việc này diễn ra theo cách của Zhao, robot của cô ấy sẽ không chỉ cung cấp một cách tiện dụng để phân phát thuốc một cách hiệu quả mà còn có thể được sử dụng để mang các dụng cụ hoặc máy ảnh vào cơ thể, thay đổi cách các bác sĩ khám bệnh cho bệnh nhân. Nhóm nghiên cứu cũng đang nghiên cứu sử dụng hình ảnh siêu âm để theo dõi nơi rô-bốt đi qua, loại bỏ bất kỳ nhu cầu cắt nội tạng hở nào.
Càng nhỏ, càng đơn giản, càng tốt
Mặc dù chúng ta sẽ không thấy những millirobot như của Zhao trong các môi trường chăm sóc sức khỏe thực sự cho đến khi biết nhiều hơn về các phương pháp thiết kế tối ưu và hình ảnh tốt nhất, vận động viên bơi lội đầu tiên của phòng thí nghiệm được nêu bật trên Nature Communications là một trong những robot của họ ở xa nhất. Nó hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm trước khi bất kỳ thử nghiệm động vật sống nào tiến hành thử nghiệm lâm sàng trên người.
Trong thời gian chờ đợi, nhóm của Zhao tiếp tục kết hợp nhiều loại vật liệu và cấu trúc thông minh mới lạ thành thiết kế cuối cùng hình thành các thiết bị y sinh mới. Cô cũng có kế hoạch tiếp tục thu nhỏ robot của mình để nghiên cứu sâu hơn về y sinh học ở quy mô nhỏ.
Là một kỹ sư, Zhao cố gắng phát triển các cấu trúc đơn giản nhất với nhiều chức năng nhất. Robot đổ bộ của cô ấy là minh chứng cho sứ mệnh đó, vì nó truyền cảm hứng cho nhóm của cô ấy xem xét đầy đủ hơn các đặc điểm hình học chưa được các nhà nghiên cứu robot origami khác ưu tiên. "Chúng tôi bắt đầu xem xét cách thức hoạt động song song của tất cả những thứ này", Zhao nói. "Đây là một điểm rất độc đáo của công trình này, và nó cũng có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực y sinh."
