جراحی‌های میکروسکوپی با شاخک‌های روباتیک ریز

به گفته محققان، شاخک‌های حساس نرم و کوچک روباتیک جهت انجام عمل‌های جراحی ظریف و میکروسکوپی گزینه مناسبی هستند.

محققان توانسته‌اند با استفاده از این «بازو»ها‌ی کوچک، مورچه‌ای را بدون آسیب رساندن به بدنش از زمین بردارند.

این دانشمندان اضافه می‌کنند که این شاخک‌های جدید در آزمایشات دیگر به دور اشیای کوچک نیز پیچیده شده‌اند و هیچ آسیبی به آن اشیا وارد نشده است. یکی از این اشیا تخم‌های ماهی است که اگر با ابزارهای سخت برداشته شود، به راحتی شکل خود را از دست داده و می‌ترکد. دانشمندان مدت‌هاست در حال ساخت روبات‌هایی از پلاستیک ارتجاع‌پذیر و نرم هستند. اکثر روبات‌ها از بخش‌های سختی ساخته شده‌اند که آنها را نسبت به ضربه، خراشیدن، پیچاندن و افتادن آسیب‌پذیر کرده است و بخش‌های سخت باعث می‌شود که نتوانند از موانع عبور کنند. به همین دلیل محققان با تأثیر گرفتن از ساختار بدنی اختاپوس‌ها، کرم‌ها و ستاره‌های دریایی درحال تولید روبات‌هایی هستند که از جنس پلاستیک نرم و انعطاف‌پذیر و لاستیک باشند. این روبات‌های نرم در مقابل بسیاری از آسیب‌ها مقاوم هستند و می‌توانند از بسیاری از موانعی عبور کنند که به روبات‌های سخت آسیب وارد می‌کند. (تصاویر: فناوری شگفت‌انگیزی که از اختاپوس الهام گرفته شده است.)

با این حال، کوچک کردن ابعاد این روبات‌های نرم برای کاربردهای ظریف کار آسانی نیست. این روبات‌های نرم با کمک هوای فشرده حرکت می‌کنند. این هوای فشرده به داخل کانال‌های بادی کوچکی که در سراسر اعضای روبات وجود دارند، پمپاژ شده و مجدداً بیرون کشیده می‌شود. این کانال‌ها مانند بادکنک پر و خالی می‌شوند اما دانشمندان برای ساخت ابعاد میکروسکوپی این اعضا با مشکلاتی روبه رو هستند. مثلاً کانال‌های خالی در روبات‌های نرم از ذوب کردن مواد به درد نخور ساخته شده‌اند اما با اطمینان می‌توان گفت که ذوب کردن این مواد در ابعاد میکروسکوپی کار پیچیده‌ای است.

این شاخک‌های جدید روباتی می‌توانند دور شئ مورد نظر بپیچند و آن را بگیرند. این حرکت در خرطوم فیل، بازوهای اختاپوس، گیاهان پیچک و دم میمون‌ها قابل مشاهده است.

اندازه این لوله‌های میکروسکوپی ۵ تا ۸ میلیمتر است و تقریباً برابر با اندازه مورچه قرمز متوسط است. این لوله‌ها دارای دیواره‌هایی با ضخامت ۸ تا ۳۲ میکرون هستند و اندازه لوله‌های خالی برابر با ۱۰۰ تا ۱۲۵ میکرون است. این ابعاد را با اندازه تار موی انسان مقایسه کنید که بزرگی متوسط آن تقریباً ۱۰۰ میکرون است.

محققان برای ساخت این لوله‌های میکروسکوپی، سیم‌های باریک و فیبرهای نوری را در لاستیک سیلیکون مایع غوطه‌ور کرده و زمانی که مایع سفت می‌شود، لوله‌های خالی را از میله‌ها جدا می‌کنند. سپس با استفاده از سرنگ که در اینجا نقش پمپ را دارد، لوله‌ها را پر و خالی می‌کنند. میانه کانال خالی درون هر لوله صاف نمی‌شد بنابراین زمانی که لاستیک سیلیکونی سفت می‌شد، آن را با استفاده از نیروی گرانش می‌کشیدند. در این شرایط یک سمت لوله از سمت دیگر آن ضخیم‌تر می‌شد. در نتیجه هنگامی که جریان هوا به درون هر لوله پمپاژ می‌شود، قسمت نازک آن بیشتر از قسمت ضعیف آن خم شده و لوله پیچ می‌خورد.

معمولاً این لوله‌های میکروسکوپی فقط زمانی پیچ می‌خورند که پر از باد شوند. با این حال دانشمندان قابلیت خم کردن این لوله‌ها را با اضافه کردن حلقه‌های لاستیک سیلیکونی در قسمت خارجی آنها مطرح می‌کنند. جایون کیم که یکی از محققان این مجموعه و مهندس برق دانشگاه دولتی لووا است به گزارشگرLive Science گفت: «با این کار یک دور پیچ خوردن را تبدیل به پیچش چنددوره‌ای می‌کنیم.»

شاخک‌های جدید می‌توانند مورچه‌ای را که اندازه دور کمر آن ۴۰۰ میکرون است، از زمین بردارند بدون اینکه آسیبی به آن برسد. به گفته محققان می‌توان از این شاخک‌ها به عنوان کمک‌کننده‌هایی ایمن و دقیق در دستکاری رگ‌های خونی یا حتی برای جنین‌ها در عمل‌های جراحی استفاده کرد که از برش دادن بدن تا حد امکان خودداری شده و با به کارگیری سوزن‌های باریک و آندوسکوپی انجام می‌شود. به گفته کیم «پیچش نرم شاخک‌های ما و ویژگی برداشتن آرام اشیا بدون وارد کردن آسیب به آنها در آینده حتماً مفید خواهند بود.»