Think about um robô cirúrgico que pode mover, cortar tecidos, liberar medicamentos, agarrar e armazenar amostras e gerar calor sem fio. Você provavelmente não imaginou um robô que cabesse em suas mãos. Mesmo assim, os cientistas criaram um robô 5 em 1 que cabe na ponta do seu dedo!
Medindo apenas 4,4 mm (0,17 pol.) De comprimento, o robô ultraminúsculo desenvolvido na Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU), em Cingapura, pode rastejar por tecidos moles, cortar materials biológico, liberar medicamentos, coletar amostras de tecidos e até mesmo gerar calor terapêutico sob demanda. O mais notável é que ele pode alternar entre essas cinco funções em menos de um segundo, tudo sem fios, componentes eletrônicos integrados ou baterias.
O robô é um desenvolvimento recente no campo de rápido crescimento de robótica médica magnética, onde os pesquisadores usam campos magnéticos externos para guiar dispositivos em miniatura através do corpo. Esses sistemas são amplamente considerados uma potencial alternativa futura para algumas formas de cirurgia minimamente invasiva, possivelmente permitindo procedimentos em locais de difícil acesso, sem grandes incisões ou instrumentos cirúrgicos volumosos.
Uma limitação deste campo é que a maioria dos microrobôs magnéticos são especialistas. Um robô pode ser projetado para transportar drogas, enquanto outro é especialista em coleta de tecidos. Combinar vários recursos em um único dispositivo tem se mostrado bastante difícil porque os campos magnéticos tendem a afetar um robô inteiro de uma só vez. Quando uma seção se transfer, o resto geralmente se transfer com ela.
Este é o problema que a equipe da NTU afirma ter resolvido após sete anos de trabalho.
Universidade Tecnológica de Nanyang
“A maioria dos robôs magnéticos como este pode executar apenas uma ou duas funções. Nossa invenção mais recente agora pode realizar cinco, e nosso objetivo de longo prazo é que os médicos usem esses mini-robôs no corpo, naveguem até um native específico e os usem para realizar tratamentos”, diz Lum Guo Zhan, líder da equipe e pioneiro da robótica em miniatura suave.
No coração de seu robô está um módulo magnético reprogramável que pode ser magnetizado, desmagnetizado e remagnetizado em diferentes direções. Cada orientação magnética desbloqueia efetivamente um modo operacional diferente, como movimentação ou corte.
Os pesquisadores também projetaram diferentes regiões do robô para responder de maneira diferente ao mesmo campo magnético. Em vez de se comportarem como um único ímã, seções individuais podem ser ativadas seletivamente enquanto o restante permanece inalterado. Este nível de controle independente é um dos principais avanços técnicos por trás do projeto.
O robô em si é construído com materiais macios à base de silicone comumente usados em robótica leve, incluindo PDMS e Ecoflex. Incorporadas nesses materiais estão partículas magnéticas microscópicas com aproximadamente 5 micrômetros de tamanho. Ao controlar cuidadosamente como essas partículas são organizadas e magnetizadas, os pesquisadores podem manipular remotamente o robô usando campos magnéticos relativamente fracos gerados por bobinas externas.
O resultado é um pequeno e potencialmente poderoso canivete suíço em forma de robô.
Conheça o novo microrobô cirúrgico “5 em 1”
Agora, suas habilidades. No modo de corte, o dispositivo pode implantar uma pequena lâmina que corta o tecido biológico. No modo de biópsia, uma pinça captura e armazena amostras de tecido para análise posterior, permitindo potencialmente que os médicos realizem biópsias em locais de difícil acesso. O modo de entrega de medicamentos faz com que o robô libere medicamentos pré-carregados em locais muito precisos do corpo.
No quarto modo de aquecimento, o robô gera calor localizado quando exposto a um campo magnético alternado de alta frequência. Essa capacidade de aquecimento poderia eventualmente apoiar tratamentos de hipertermia magnética, uma terapia experimental contra o câncer que usa calor para danificar ou destruir tumores, ao mesmo tempo que minimiza danos aos tecidos circundantes.
A quinta e última função do robô é sem dúvida a mais importante: movimento. O movimento é outra área em que a tecnologia difere daquela de muitos robôs em miniatura existentes. A maioria dos microrobôs magnéticos opera com cinco graus de liberdade, permitindo movimento ao longo de três eixos e rotação em duas direções. O robô NTU introduz um sexto grau de liberdade através do movimento de rolamento, permitindo-lhe girar em torno do seu próprio eixo longitudinal. Essa capacidade de manobra adicional pode ser útil ao navegar em ambientes estreitos, irregulares e muitas vezes escorregadios encontrados dentro do corpo humano.
Ao contrário de alguns conceitos recentes de robótica suave que se assemelham a bolhas de limo ou gotículas de líquido, o design do NTU mantém uma estrutura sólida, mas flexível. Os pesquisadores dizem que isso o torna mais robusto e potencialmente mais fácil de recuperar após um procedimento, uma consideração importante para qualquer uso clínico futuro.
Para avaliar suas capacidades, a equipe testou o robô em modelos de tecidos à base de gelatina e fígado de galinha. Durante experimentos de laboratório, ele cortou tecidos com sucesso, distribuiu partículas representativas de medicamentos, coletou amostras de tecidos e gerou aquecimento localizado.
Os pesquisadores também examinaram a biocompatibilidade dos materiais do robô usando células de pele humana cultivadas. Mais de 99% das células permaneceram viáveis após a exposição, sugerindo que os materiais eram em grande parte não tóxicos em condições de laboratório.
Agora, para a verificação da realidade. A tecnologia está atualmente longe da implantação clínica. O protótipo atual opera dentro de um laboratório usando sistemas de bobinas magnéticas externas, em vez de dentro de pacientes vivos. Também não é autônomo. Em última análise, os médicos teriam que guiar e controlar o robô, em vez de permitir que ele percorresse o corpo de forma independente. No entanto, isso parece mais um prós do que um contra.
Independentemente disso, o projeto pode ser fantástico para a medicina minimamente invasiva. Em vez de inserir vários instrumentos através de aberturas cirúrgicas ou cateteres, os futuros médicos poderão implantar uma única plataforma robótica em miniatura capaz de diagnóstico, tratamento, amostragem e terapia em um único procedimento.
Como se a etiqueta 5 em 1 não fosse suficientemente impressionante, a equipe está atualmente explorando como versões futuras poderiam ser integradas com tecnologias de imagem, sistemas de detecção e modelos de órgãos artificiais clinicamente realistas que imitam mais de perto o comportamento físico dos tecidos humanos. Eles também estão colaborando com cirurgiões para entender como os minissistemas robóticos poderiam eventualmente se encaixar em fluxos de trabalho clínicos reais.