La chirurgia endoscopica, da sempre, ha sfruttato endoscopi flessibili i quali, grazie alle loro caratteristiche, possono serpeggiare attraverso stretti passaggi per trattare aree del corpo difficili da raggiungere. Tuttavia, questi strumenti non permettono ai chirurghi di operare con destrezza e sensibilità.
I ricercatori della “Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences” e “Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University”, hanno sviluppato un braccio robotico rigido-ibrido per endoscopi con sensibilità aumentata, flessibilità e diversi gradi di controllo. Questo braccio resta socchiuso su un endoscopio fino a quando arriva al punto desiderato, poi si apre in modo da poter aiutare nelle procedure chirurgiche.
Immagini SEM degli attuatori soft-popup ibridi. L’immagine è stata colorata in post-elaborazione per distinguere tra il morbido (in giallo) e la struttura rigida (in blu). Credit: Wyss Institute all’Università di Harvard
Il braccio robotico è stato costruito in modo che possa avere una sensibilità pari a quella di un braccio umano, il che è indispensabile per evitare la rottura di certi tessuti del corpo. Questo nuovo tipo di tecnologia non può danneggiare i tessuti, tuttavia non può manipolare tessuti di grandezza millimetrica in alcun modo (le caratteristiche del nuovo braccio robotico non permettono operazioni in piccola scala).
Ispirandosi alla biologia, il team capeggiato da Robert Wood ha sviluppato un modello ibrido che sfrutta uno scheletro rigido circondato da materiali morbidi.
Abbiamo scoperto che, integrando microattuatori fluidi morbidi nelle strutture rigide, potremmo creare dei meccanismi che aumentino le prestazioni degli attuatori in termini di forza e di controllabilità del movimento, ha dichiarato Sheila Russo.
L’idea di questa tecnologia è fondamentalmente quella di ottenere il meglio di entrambi i mondi combinando tecnologie robotiche morbide con strutture rigide. Utilizzando questo metodo di fabbricazione, siamo riusciti a progettare un dispositivo che possa essere chiuso quando l’endoscopio sta navigando verso l’area chirurgica e aperto quando il braccio si trova in posizione per operare.
Gli attuatori morbidi sono alimentati ad acqua. Sono connessi ai componenti rigidi con un legame chimico, senza bisogno di alcun adesivo. Il team ha integrato un semplice dispositivo capace di poter misurare la forza applicata al tessuto in modo da conferire al chirurgo una sensibilità tale da poter sfruttare il braccio al meglio. Il metodo di fabbricazione consente la produzione di massa, importante per i dispositivi medici, inoltre tutti i materiali utilizzati sono biocompatibili.
Il braccio è dotato anche di una ventosa (ispirata ai tentacoli di un polipo) per interagire in sicurezza con il tessuto. Il team ha testato il dispositivo simulando una complicata procedura endoscopica su un tessuto suino. L’operazione si è conclusa con successo ed il tessuto non ha riportato nessun danno.
Braccio robotizzato multi-articolato. Concetto del sistema (a sinistra): un endoscopio che naviga nel tratto GI e particolare del braccio montato alla punta dell’endoscopio. Soft pop-up (a destra) che esegue la contrattazione tra i tessuti durante un test ex-vivo su uno stomaco suino. Credit: Università di Harvard
I ricercatori hanno dimostrato che il dispositivo potrebbe essere ridotto di dimensione fino a 1 millimetro, il che permetterebbe il suo uso in procedure endoscopiche in ambienti ancora più piccoli, come nei polmoni o nel cervello.
La nostra tecnologia ha aperto la strada a progettare e sviluppare robot più piccoli, più intelligenti e più facili da controllare per applicazioni biomediche, ha dichiarato Russo.
In futuro, i ricercatori sperano di provare il dispositivo su un paziente vivo.
Riferimenti ed approfondimenti:
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Wyss Institute | Wyss Institute at Harvard
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Advanced Materials Technology journal
