Uma pequena versão robótica do mamífero escamoso conhecido como pangolim poderá um dia realizar procedimentos médicos dentro do corpo, segundo um novo estudo.
Os cientistas estão cada vez mais explorando como os robôs em miniatura podem ser usados na medicina – por exemplo, para transportar medicamentos, genes ou células para o corpo. Os robôs flexíveis prometem especialmente acessar áreas de difícil acesso de maneira segura e minimamente invasiva.
Procurando uma alternativa à alimentação destas máquinas através de cabos ou baterias volumosos, os investigadores estão a investigar versões não ligadas destes robôs que recebem a sua energia remotamente, como através de luz ou ultra-som. Os campos magnéticos têm se mostrado promissores para esta aplicação devido à maneira como podem penetrar nos tecidos humanos de maneira segura.
Pesquisadores na Alemanha desenvolveram um pequeno robô que pode distribuir medicamentos em locais específicos do trato digestivo de um paciente (neste caso) e depois ser desdobrado por meio de campos magnéticos aplicados externamente. A inspiração para este ‘bot veio do pangolim, um mamífero escamoso cuja armadura cobre e protege ferozmente o corpo do animal, ao mesmo tempo que lhe proporciona uma ampla gama de movimentos. Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes
Os usos clínicos de robôs magnéticos em miniatura e sem amarras ainda são limitados porque os dispositivos dependem principalmente de interações mecânicas com o corpo, em vez de usarem também, por exemplo, calor. Os campos magnéticos também podem fornecer energia remotamente aos robôs para aquecimento. Contudo, os campos magnéticos são melhores para aquecer peças metálicas rígidas, e tais componentes geralmente tiram a vantagem de terem um corpo macio.
Agora os cientistas desenvolveram um minúsculo robô magnético que combina o duro e o macio, inspirando-se no pangolim. O animal, que lembra uma pinha ambulante, é o único mamífero totalmente coberto por escamas duras. No entanto, o pangolim ainda é capaz de movimentos flexíveis – pode organizar as suas escamas de modo a que se sobreponham, deixando-o enrolar-se numa bola em caso de perigo.
“Sempre li sobre como os cientistas foram inspirados pela natureza, mas nunca imaginei que eu também o seria.”
—Ren Hao Soon, Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, Stuttgart
No início, “concentrei-me nos peixes e nos tatus porque estava mais familiarizado com eles”, lembra o principal autor do estudo, Ren Hao Soon, roboticista do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Estugarda, Alemanha. “No entanto, eles não eram ideais. As escamas individuais dos peixes foram interligadas, o que reduziu sua deformação mecânica. Por outro lado, embora o design do tatu fornecesse a conformidade mecânica necessária, eles não foram capazes de fornecer o desempenho de aquecimento necessário – para melhorar o desempenho de aquecimento, um volume maior de material, como escamas de metal, precisava ser incorporado ao robô. .”
Enquanto assistia a vídeos no YouTube sobre peixes e tatus, Soon diz que “tropeçou acidentalmente no pangolim, que serviu idealmente aos nossos propósitos. Foi um momento muito emocionante para mim quando pensei sobre isso, pessoalmente falando. Sempre li sobre como os cientistas foram inspirados pela natureza, mas nunca imaginei que eu também o seria.”
O novo robô é um pequeno retângulo plano de 1 centímetro por 2 cm por 200 micrômetros de tamanho. É composto por escamas de alumínio sobre um corpo flexível feito de borracha de silicone misturada com micropartículas magnéticas e a liga líquida eutética gálio-índio.
Em experimentos, os cientistas usaram campos magnéticos de alta frequência para aquecer o robô a mais de 70°C em menos de 30 segundos. Eles aplicaram esses campos magnéticos remotamente, a uma distância de mais de 5 cm.
“Desafiamos a suposição de ‘totalmente soft’ em robôs soft. Até agora, havia uma suposição inerente de que os robôs usados para aplicações biomédicas tinham que ser totalmente flexíveis.”
—Ren Hao Soon, Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, Stuttgart
Quando os pesquisadores usaram campos magnéticos de baixa frequência, eles conseguiram enrolar o robô e movê-lo para frente e para trás. Uma vez enrolado, poderia transportar cargas como remédios, liberando seu conteúdo quando aquecido. Por exemplo, os pesquisadores mergulharam uma escala de 50 µm de espessura e uma escala de 80 µm de espessura em cera de abelha e, em seguida, anexaram a elas um pacote de carga azul e um pacote de carga verde, respectivamente. Quando aquecido magneticamente, o pacote mais fino atingiu a temperatura de fusão da cera de abelha 1 segundo mais rápido que o pacote mais grosso, permitindo que o robô liberasse a carga azul, mas não a verde.
“Desafiamos a suposição de ‘totalmente soft’ em robôs soft”, diz Soon. “Até agora, havia uma suposição inerente de que os robôs usados para aplicações biomédicas tinham que ser totalmente flexíveis. Embora a conformidade dos materiais macios possa torná-lo mais seguro, ela restringiu bastante as funcionalidades desses robôs – os materiais duros podem ter propriedades materiais desejáveis que um sistema totalmente macio pode utilizar.”
Os pesquisadores mostraram que poderiam enrolar esse robô para que ele pudesse caber em um comprimido para ser engolido e implantado em áreas de difícil acesso. Em experimentos com o robô em estômagos de porcos de um matadouro, os pesquisadores descobriram que ele poderia parar o sangramento e sugeriram que também poderia ajudar a tratar úlceras, pólipos e tumores, além de atingir outras áreas do intestino.
Um pequeno robô desenvolvido por investigadores alemães oferece a perspectiva de distribuição selectiva de cargas (por exemplo, medicamentos), dependendo da força e localização de um campo magnético aplicado externamente. Aqui é mostrada uma simulação na qual uma carga de cor azul é implantada enquanto outras partes do bot permanecem não implantadas.Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes
“Dispositivos cirúrgicos minimamente invasivos podem atingir quase todo o trato gastrointestinal com o endoscópio e o colonoscópio”, diz Soon. “No entanto, uma grande parte do trato gastrointestinal, nomeadamente o intestino delgado, ainda permanece fora do alcance destes dispositivos, porque é demasiado tortuoso para alcançar com estes dispositivos. Os robôs independentes têm, portanto, a oportunidade de complementar ou mesmo substituir as terapias existentes para doenças no intestino delgado.”
Os cientistas esperam agora trabalhar com os médicos “para identificar uma necessidade médica real para a qual tais robôs possam ser úteis”, diz Soon.
Os cientistas detalharam suas descobertas em 20 de junho na revista Comunicações da Natureza.
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