פריצות דרך אחרונות במדעי החומרים ורובוטיקה סללו את הדרך עבור רובוטים רכה שאינם עולים בקנה מידה ספציפי למכשירים רפואיים מושתלים. אלה מכונות גמישות, דמויות רקמות מבטיחות להפוך טיפול סבלני על ידי מתן הליכים פולשניים מינימליים, טיפולים ממוקדים, ניטור פיזיולוגי מתמשך ללא סיבוכים הקשורים השתלות קשיחות.

מבוא ל Soft Robotics ברפואה

הרובוטים הרופטים מייצגים שינוי פרדיגמטי המסורתי על ידי הדגשת עמידה, הסתגלות ובטיחות באינטראקציה בין בני אדם למכונה אלחוטית, רובוטים רכים הם בעלי ערך מיוחד משום שהם יכולים לנווט מבנים אנטומיים עדינים מבלי לגרום לטראומה, הגמישות הטבועית שלהם מאפשרת להם ללסחוט באמצעות מעברים צרים, להרחיב את המילוי של חללים לא מתאימים, וליישם כוחות עדינים אידיאליים עם איברים, דם, עצבים, ושדה העצבים של 3.

חומרים בשימוש ב- Bioתואמים Soft Robots

בחירת החומרים היא ככל הנראה הגורם הקריטי ביותר בפיתוח רובוטים רכים ובטוחים ויעילים.חומרים חייבים להיות לא רעילים, לא-חוסנוגניים, ומסוגלים עם הסביבה המכנית והכימיקלית בתוך הגוף.הם חייבים גם לאפשר הפעלה - הרחקה או שינוי צורה - בתגובה לגירויים חיצוניים.

  • (FLT:0) פולימרים מבוססי-סוליקזון: Polydimethylsiloxane (PDMS) וסיליקון אחרים ברמת הרפואה משמשים נרחב כי הם מציעים גמישות מצוינת, יציבות כימית ו-FLT:2biocompatibilityFLT 3: הם יכולים להיות מעוצבים לצורות מורכבות והם קלים יחסית להשתלב עם רכיבים אחרים.
  • (FLT:0) Hydrogels:FLT:1ir , אלה רשתות פולימרים מים נשנוב מאוד לחקות את המאפיינים המכניים של רקמת רך טבעי הם מציגים חיכוך נמוך, נחיתות גבוהה לחומרים מזינים ופסולת, וניתן להנדס להגיב ל- pH, טמפרטורה, או אותות ביוכימיים ספציפיים. הידרוגלs הם מבטיחים במיוחד עבור אספקת סמים ורקמות, אבל הכוח המכאני שלהם הוא לעתים קרובות נמוך יותר מאשר סיליקון שימוש ביישומים, שימוש ביישומים.
  • (FLT:0 סגסוגת של סגסוגת של אשפה-מזיכרון (SMAss): FLT:1 בעוד לא "רכה" בלבד, SMAS כגון Nitinol (ניקל-טיtanium) ניתן להשתמש כפועלים בתוך מבנה רובוטי רך.כאשר מחומם מעל טמפרטורת המעבר שלהם, הם חוזרים לצורה מוגדרת מראש, המאפשרת עוטפת, או לתפוס תנועה גבוהה.
  • (ב) חומרים שניתן להעלות:0 (FLT:1 , פולימרים כמו חומצה פולי(lactic-co-glycolic) (PLGA), polycaprolactone (PCL), וחומרים טבעיים כגון:2gelatinuaFLT 3 ו-FLT:4alginatephalginateFLT:5 נועדו בבטחה לפזר או לחזר לאחר טיפול תרופתי ארוך במיוחד עבור טיפול תרופתי, כגון טיפול תרופתי, כגון טיפול תרופתי לטווח קצר לאחר הסרת טיפול תרופתי.
  • (ב) [ה][דרוש מקור]] [ה]][דרוש מקור]] [ה] [ה]] [ה[[המאה ה-1] ו[ה][דרוש מקור]]]] [ה[[המאה ה-20]], ו[[1924]]]], ו[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]

בחירת חומרים קריטריה

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[[[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]

אתגרים עיצוב ופתרונות

תכנון רובוט רך שפועל באופן אמין בתוך הגוף האנושי מציב אתגרים הנדסיים ייחודיים.אלה כוללים הבטחת ביו-תחרות לטווח ארוך, השגת שליטה מדויקת ללא חוטים מותאמים, שמירה על אוטונומיה כוח, והגדלת הייצור מאבי-טיפוס מעבדה למכשירים בר-קיימא קלינית.התתתת-התתתתת-התתתת-התחישוב הבאים מטפלות באתגרים הדוחקים ביותר ובאסטרטגיות המעסיקות להתגבר עליהם.

Biocompatibility & תגובה מוקדמת

(המערכת החיסונית של הגוף) היא מחסום עצום לכל אובייקט זר. Implantation גורם לשקפת תגובות: מודעות חלבון, דלקת חריפה, היווצרות תא גוף זר, ובסופו של דבר פיברוס encapsulation.כדי למזער את התגובות הללו, רובוטים רכים של עכברוש 2020 חייבים להיות מרוקנים חומרים כי להציג משטח "שחיטה" למערכת החיסון.

שליטה ותפקוד

שמירה על רובוטים רכים בתוך הגוף היא מאתגרת כי זרמים פיזיים (wires, צינורות) להגדיל את הסיכון לזיהום להגביל את הניידות של המטופל.

  • (FLT:0 Magnetic Actuation: FLT:1 מגנטים קבועים חיצוניים או אלקטרומגנטים ליצור כוחות המניעים את הרובוט. שיטה זו היא בטוחה, מהירה, וניתן לדרג אותה לגודלי רובוט שונים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] חומרים מקודמים: ⁇ 1 (בקרוב ל-) אור יכול לחדור כמה סנטימטרים של רקמות ומשמש כדי לעורר שינויים בשלב ב-FLT:2 photothermal hydrogelsFLT 3 או FLT:4liquid-crystal elastomersFalph:5 גישה זו מציעה דיוק מרחבי, אך דורשת מקור חיצוני.
  • (FLT:0) מחסני מיקרו-מעבדים ואנטנות: אנדרט: 1 עבור משימות מורכבות יותר, חיישני אלחוטיים מילימטריים ומיקרו-בקר יכולים להשתלב לתוך הרובוט, תקשורת באמצעות תדר רדיו (RF) או Bluetooth.

אנרגיה ואספקה

רובוטים רכים מותאמים לשומן דורשים מקור כוח קטן, בטוח, וארוך טווח.באטים הם בעייתיים בגלל סיכונים רעילים והצורך בתחליפים תקופתיים או במימוש אסטרטגיות אנרגיה אלטרנטיביות כוללים:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ללא תשלום (Wireless ChargeFLT) 1 באמצעות סלילים מגנטיים, אשר ניתן להטמיע הרובוטים, והוא מואשם באמצעות יחידה חיצונית של המטופל.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [ה]:0] תאים מן השורה [ב] שמטילה גלוקוז או מולקולות אחרות אנדוגניות אחרות.תא דלק הגלוקוז שהושתל בבטן של עכברוש הוכח כמכשיר מתפתל במשך מספר שבועות, על פי מחקר 2021 ב-FLT:2Science RoboticsFLT 3:FLT:4(Ksev et al., 2021)
  • (ב) [17] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סקלאלה וייצור

(הופנה מהדף ההפגנות למכשור מושתל במימון דורש שיטות ייצור קשקשים רחבות יותר.הליכוד המסורתי ועיצב הם כוח-עוצמה ומוגבלים במורכבות:03D PrintFLT:1 (ייצור ממכר) של חומרים רכים צמחו כפתרון רב-תכליתי, המאפשר מורכבות מהירה של גיאוגרפיות מורכבות עם חומרים מרובים:2DRicallowed: 3Dreative Controlericientology Active Management) של חומרים מתקדמים ו-Freditation 3DValcretexitation.

תגיות: Bioתואמים Soft Robots

היכולות הייחודיות של רובוטים רכים פתחו את הדלת למגוון רחב של יישומים קליניים.חלק מההבטחות ביותר מפורטות להלן.

מערכות אספקת סמים

רובוטים רכים יכולים לשמש כ-FLT:0 (pH שינויים, פעילות אנזים חכמים, למשל, קפסולת טבע רופפת עמוסה באינסולין, אשר משחררת סוכנים טיפוליים בתגובה לטריגרים ספציפיים - PH שינויים, פעילות אנזים, או פקודות חיצוניות.לדוגמה, קפסולת טבע רכות עמוסה ב- 2022 ניתן לתכנן כדי לשחרר את ההורמון כאשר גלוקוז בדם משוחרר ל-DValFentisuallygicustexerfentis (מחדש) יכול גם לפתח תרופות כימותרפיה ו-DValpheduallygicial) 7.

ניתוח פולשני מינימלי

רובוטים רכים הם אידיאליים עבור ניווט חללים מחוסנים ועדינים של הגוף (FLT:0Continuum RobotFLT:1 - מכשירים דמויי סנסקט אשר מכוונים ומארוכים - ניתן לנווט דרך המעי הגס, bronchi, או כלי דם לביצוע ביופסיה, להסיר פוליפים, או לספק טיפול.

אבחון ובדיקה

רובוטים רכים ניתנים להחלפה עם FLT:0 חיישנים גמישים FLT ( 1:1) כי כל הזמן לפקח על פרמטרים פיזיולוגיים: טמפרטורה, לחץ, pH, ריצוף חמצן, ו ביומרקרים כגון גלוקוז או לקטט. ניתן להעביר נתונים באופן אלחוטי למכשירים חיצוניים, המאפשרים מעקב בריאות בזמן אמת.

הנדסת מכונות ורפואה חדשנית

רובוטים רכים יכולים לפעול כ-FLT:0 הפיגמודינמיקה של ההרחבה 1 (המדריך להתחדשות רקמות) על ידי יישום כוחות מכניים מבוקרים או שחרור גורמי צמיחה לאורך זמן, אלה פיגומים יכולים לקדם את היווצרות של רקמות פונקציונליות.דוגמה בולטת היא ביולוגי רובוטית רופפת כי קצבת מתמזגת חיידקים, שיפור היערכות התא ותפקוד החוזה.

יישומים של רפואת ילדים ו-Neonatal

ילדים ותינוקות מציגים אתגרים מיוחדים למכשירים רפואיים בשל גודלם הקטן והצמיחה המתמשכת שלהם.רובוטים רכים יכולים להסתגל להחלפת האנטומיה והם פחות צפויים לגרום לשחיקה או הגירה.לדוגמה, או ל-FLT:0soft רובוטית המסייעת למכשירים מתקדמים 1 לתינוקות עם פגמים לב מולדים ניתן להשתלת באופן זמני בזמן שהילד גדל או הוחלף ללא ניתוח נרחב באזור זה עדיין הוא מוקדם, אך הם בעלי חיים מוקדמים, אך הם בעלי חיים מוקדמים, אך הם עלולים להיות מושתנים.

פרספקטיבה עתידית

התחום של רובוטים רכה שאינם מתאימים ליישומים מושתלים מתקדם במהירות, אך כמה מהמכשולים נותרו לפני אימוץ קליני נרחב.על פני כוח ושליטה יהיו מרכזיים.FLT:0Auomous הפעלה מחדשFLT:1 - שבו הרובוט חש את הסביבה שלו ומקבל החלטות ללא התערבות חיצונית - ניתן להשיג באמצעות מחשבת למידה שבבים או מחשוב נוירו-מורפי.

עוד גבול מרגש הוא התפתחות של חומרים ⁇ -0 (החומרים עצמם-המידה) 1 שיכול לתקן מיקרו-קracks או דמעות המתרחשות במהלך ההשתלה או שימוש ארוך טווח.חומרים כאלה, בהשראת ריפוי הפצע הביולוגי, ירחיבו באופן דרמטי את תוחלת החיים של המכשיר.FLT:2Bioresorbable אלקטרוניקהFLT 3, אשר לאחר שימוש בלתי מזיק, הם גם משולבים רובוטים זמניים עבור רובוטים זמניים או טיפוליים.

התאמה אישית תמלא תפקיד מרכזי: רובוטים רכים ספציפיים לחולה, שעוצבו מתמונות רפואיות (MRI, CT סריקות), יכולים להיות מיוצרים על הביקוש באמצעות הדפסה תלת-ממדית ולימוזינה רכותית, זה יבטיח התאמה אנטומית מושלמת ופונקציונליות אופטימלית.

(השיקולים האתיים והתקנות הרגולטוריים חשובים באותה מידה.בעיות של בטיחות לטווח ארוך, פרטיות נתונים (ל ניטור אלחוטי), והפוטנציאל להתנהגות אוטונומית בלתי מכוונת חייב להיות מטופלים.סוכנויות רגולטוריות כמו ה- FDA כבר מפתחים מסגרות להערכת מוצרים (FLT:0combination ProductsFLT:1 אשר ממזגים תרופות, רכיבים ביולוגיים הראשונים של השוק הרך להשתלים רובוטיים עשויים להיות מוגדרים עבור צינורות:5Factrvatervate:

לסיכום, רובוטים רכה שאינם עולים בקנה אחד עם התכנסות של חומרים מדע, רובוטים ורפואה המחזיקים בהבטחה עצומה. על ידי חיקוי תאימות והתאמה של רקמות חי, מכשירים אלה יכולים להשיג את מה שתלים קשיחים לא יכולים: שילוב חלק, טראומה מינימלית ותגובה דינמית לצרכים של הגוף.כפי מחקר ממשיך להתגבר על האתגרים של כוח, בקרה, וגמישות לטווח ארוך, אנו יכולים לצפות לראות את אלה כדי לשפר את ההשפעות הקליניות, עם בעיות ניתוחיות, מעבר לשיטות קליניות, וצרכים.