Ingeniería mecánica

Investigadores crean robots en miniatura que podrían usarse en cirugías mínimamente invasivas

Científicos de la NTU Singapur, han desarrollado unos robots magnéticos en miniatura que podrían implementarse en el campo de la medicina y en la fabricación de micro-dispositivos.

Robots magnéticos en miniatura. (Foto NTU Singapore)
Robots magnéticos en miniatura. (Foto NTU Singapore)

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11.09.2021 - 00:00

Los personajes diminutos que veíamos correteando por nuestras venas en Érase una vez, podrían convertirse en una realidad. Un equipo de científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU), en Singapur, ha desarrollado unos robots en miniatura que podrían ser los predecesores de futuros robots quirúrgicos para intervenciones en órganos de difícil acceso, como el cerebro.

Estos robots milimétricos, llamados MMR por sus siglas en inglés magnetic miniature robots (robots magnéticos en miniatura), tienen el tamaño de un grano de arroz y se controlan a través de campos magnéticos que permiten movimientos en múltiples direcciones. De hecho, son hasta 43 veces más rápidos que otros robots similares. Pueden moverse en seis grados de libertad (DoF, Degrees-of-Freedom), o sea, pueden maniobrar con movimientos de traslación y rotación sobre los tres ejes espaciales, conocidos como balanceo, cabeceo y guiñada.

Investigadores junto a la bobina electromagnética que permite el movimiento de los robots. (Foto NTU Singapore)

Para su fabricación, se han utilizado micropartículas magnéticas y polímeros biocompatibles, por lo que se trata de materiales no tóxicos que no son perjudiciales para las personas. Esta tecnología puede fabricarse en materiales blandos y obedecen a diferentes patrones de movimiento.

Uno de los robots puede “nadar” como una medusa y en los experimentos realizados en el laboratorio se demostró que los MMR eran capaces de superar obstáculos en ambientes dinámicos e inciertos. Los robots “pueden penetrar fácilmente y de forma inocua a través de la mayoría de tejidos biológicos y sintéticos”, constata la investigación publicada en Advanced Materials.

 Además, de usarse en cirugías “mínimamente invasivas”, se estudia su aplicación en la “distribución dirigida y localizada de medicamentos”

Este hito podría ser especialmente ventajoso en el campo de la biomedicina, ya que sería útil en procedimientos quirúrgicos para llegar a órganos de difícil acceso, como el cerebro. Tal y como señala la publicación, estos robots permiten “el acceso no invasivo a zonas altamente confinadas y cerradas para realizar un amplio rango de tareas de micro/nanomanipulación”. Además, de usarse en cirugías “mínimamente invasivas”, se estudia su aplicación en la “distribución dirigida y localizada de medicamentos”.

El otro tipo de MMR, incluye una tecnología de agarre que, en los experimentos en el laboratorio, permitió a los investigadores montar una estructura 3D consistente en una barra apoyada en dos pilotes con forma de Y. Este montaje fue realizado por los singapurenses en menos de cinco minutos, 20 veces más rápido que otros robots similares. Según los investigadores, este avance podría ser el antecesor de futuras “micro-fábricas” para construir “micro-dispositivos”.

Investigadores del estudio que ha desarrollado los robots. (Foto NTU Singapore)

Estas diminutas máquinas, están “programadas” y se controlan mediante un operador que, desde un ordenador de control, modifica de forma precisa la fuerza y dirección de los campos magnéticos generados por una bobina electromagnética.

El principal autor del estudio, Lum Guo Zhan, profesor adjunto de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, asegura que este avance ha sido posible gracias al descubrimiento del “escurridizo” tercer y último vector de estos campos magnéticos, crucial para controlar los MMR. Los trabajos realizados hasta el momento, solo habían conseguido aplicar esta tecnología en los dos principales vectores de los campos magnéticos.

En palabras del profesor, “gracias a haber comprendido completamente la física de los robots en miniatura, ahora podemos controlar sus movimientos. Nuestro hallazgo es fundamental y representa un avance significativo para la tecnología de robots a pequeña escala”.

El equipo de investigación de la universidad singapurense, trabaja ahora en el desarrollo de robots aún más pequeños, en una escala de apenas cien micrómetros

Por otro lado, el profesor de la NTU, Huajian Gao, señala que “este es un ejemplo perfecto de cómo los trabajos de ingeniería basados en la investigación y estudio exhaustivos, nos ayudan a desarrollar robots avanzados para el beneficio de la humanidad. Este trabajo de investigación puede tener un gran impacto en muchos ámbitos, desde nuevos métodos quirúrgicos a montaje en pequeña escala de futuros procesos de fabricación”.

Por su parte, los estudiantes de doctorado co-autores de la investigación, Xu Changyu y Yang Zilin, han añadido que “además de en cirugía, nuestros robots pueden ser útiles en el ámbito biomédico. Por ejemplo, para la implantación de ‘laboratorios en un chip’, unos dispositivos útiles para el diagnóstico clínico, gracias a que integran diversos procedimientos de laboratorio en un solo chip”.

El equipo de investigación de la universidad singapurense, trabaja ahora en el desarrollo de robots aún más pequeños, en una escala de apenas cien micrómetros, así como para conseguir que estos dispositivos sean completamente autónomos en términos de control.

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