Операция редко бывает приятным занятием, а иногда она может быть весьма инвазивной. Хирургические процедуры постоянно развивались на протяжении веков, расширяясь вместе с знаниями анатомии и биологии.

Инновационные методы также были подкреплены новыми инструментами, а рост использования робототехники с 1980-х годов значительно продвинул здравоохранение вперед. Доцент Чжэньхуа Тянь сделал еще один шаг на пути прогресса с использованием робототехники и неинвазивной акустики, а работа его команды была опубликована в журнале Science Advances.

Робот-ассистированная хирургия

Хирургия с использованием роботов была инвазивной с момента ее изобретения, поскольку она предполагает разрезание и часто в разрез вставляются другие инструменты. Однако, поскольку роботизированные инструменты могут быть меньше, разрезы также, как правило, меньше, чем при традиционных операциях, что делает робототехнику предпочтительным выбором. Эта форма хирургии доказала свои преимущества и со временем стала использоваться все чаще, принося такие преимущества пациентам, как

• Меньше дискомфорта и кровотечений.
• Меньше времени в больнице
• Более быстрые периоды восстановления

Фактически, по данным Американского колледжа хирургов, в 2012 году 1,8% операций проводились с использованием робота. К 2018 году этот процент вырос до 15,1% и продолжает расти благодаря достижениям в области робототехники. Некоторые из наиболее распространенных процедур, связанных с робототехникой, включают аппендэктомию, гистерэктомию и желудочное шунтирование.

Неинвазивная звуковая обработка

Хотя роботизированная хирургия имеет свои преимущества, команда Тиана продвинула эту идею на шаг дальше ее нынешнего состояния: члены команды разрабатывают неинвазивный метод перемещения небольших целей, таких как клетки и лекарства, внутри тела. Это означает, что метод не требует никаких сокращений.

Секрет кроется в излучателях акустической энергии, которые команда Тиана использует для окружения и захвата частиц, работающих как невидимый пинцет. Излучатели создают трехмерные акустические вихревые поля, которые могут проходить через такие барьеры, как кости и ткани, пересекая друг друга, образуя крошечные кольцеобразные акустические ловушки. Объекты размером от микро до миллиметра, попавшие в центр акустической ловушки, можно перемещать и вращать.

«Способность перемещать клетки и лекарства внутри вен, не повреждая кожу, открывает новые возможности в медицине», — сказал Тиан. «Поскольку мы продолжаем работу над этим исследованием, я ожидаю, что мы найдем множество новых применений».

Установив излучатель акустических вихрей на роботизированную платформу, акустический вихревой луч можно перемещать в масштабе микрометра. Соответственно, область захвата частиц может быть точно установлена ​​в трехмерном пространстве и может быть спроектировано перемещение частицы после ее захвата. При перемещении крошечного объекта по извилистому пути кровеносного сосуда это может оказаться критичной особенностью.

Больше, чем медицина

В то время как команда Тиана способна перемещать небольшой объект за твердой структурой, акустические вихревые лучи могут перемещать частицы как в газах, так и в жидкостях. Хотя нынешний подход нацелен на мелкие частицы внутри этих веществ, интеграция излучателей акустической энергии вместе с робототехникой имеет применение за пределами хирургии и очень мелких частиц. Бесконтактные роботизированные манипуляции имеют потенциал во многих других приложениях в инженерных, биологических и химических исследованиях. Некоторые из них включают

• Управление микророботами
• Обращение с деликатными биочастицами, такими как экзосомы и клетки
• Транспортировка капель опасных реагентов
• Управление самосборкой коллоидных материалов
• Подготовка наноматериалов для изготовления композитов

«Когда мы недавно участвовали в выставке STEM, детям, которые нас посещали, нравилось помещать маленькие шарики в невидимые акустические поля, создаваемые нашими устройствами, но мы хотели бы предложить им возможность перемещать более крупные объекты», — сказал Тиан. «В следующем году мы надеемся получить излучатель большего размера, способный удерживать мяч для пинг-понга. Будет интересно посмотреть, как мы подключим этот подход к другим нашим исследованиям».