عملیات روبات بلعیدنی در معده ی شبیه سازی شده

روباتی که از کپسول بلعیده شده خارج شد توانست باتری سکه ای را که به دیواره ی معده ی شبیه سازی شده متصل بود خارج کند.

در تحقیقی که در آن از یک مری و معده انسانی شبیه سازی شده استفاده شد محققان موسسه فناوری ماساچوست و دانشگاه شفیلد و همچنین موسسه فناوری توکیو نشان دادند یک روبات اوریگامی کوچک چگونه می تواند از کپسول بلعیده شده خارج شده و با استفاده از میدان های مغناطیسی خارجی در دیواره معده حرکت کرده و یک باطری سکه ای را از آن خارج کرده و یا زخمی را بخیه بزند.

نتیجه تحقیقات در کنفرانس بین المللی روباتیک و اتوماسیون در همین هفته ارائه خواهد شد. محققانی که در این تحقیق مشارکت داشتند تحت هدایت دانیلا راس، استاد دپارتمان مهندسی برق و علوم کامپیوتر بنیاد اندرو و ارنا ویتربی دانشگاه ماساچوست بودند که نتیجه تحقیقات جامع خود در مورد روباتهای اوریگامی را در تعداد زیادی برگه آماده ی انتشار کرده اند.

راس که آزمایشگاه هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر دانشگاه ماساچوست را اداره می کند اعتقاد دارد که این تحقیق تحقیقی بسیار جذاب بوده و اینکه یک روبات اوریگامی کوچک بتوانند کاری که این قدر اهمیت حیاتی در سلامت انسان دارد را به انجام برساند بسیار هیجان انگیز است.

راس بر این عقیده است که : “برای استفاده از روبات ها در درون بدن نیاز به یک روبات قابل کنترل کوچک با دامنه حرکتی نامحدود داشتیم. بسیار سخت است که روباتی را درون بدن جای داده و آن را کنترل کرد مخصوصا زمانی که روبات به یک سیم متصل باشد.”

دیگر نویسنده این مقاله یعنی شوهی  میاشیتا که در زمان تحقیق راجع به این موضوع دانشجوی فوق دکترای مرکز هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر دانشگاه ماساچوست بود و در حال حاضر مدرس الکترونیک دانشگاه یورک در انگلستان است ، استیون گیترون فارغ التحصیل مهندسی مکانیک، شوگانگ لی فوق دکترای هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر دانشگاه ماساچوست، کازوهیرو یوشیدا از موسسه فناوری توکیو (که زمانی که تحقیق در حال انجام بود به عنوان محقق مدعو دانشگاه ماسوچوست مشغول به کار بود) و دانا دامیان از دانشگاه شفیلد انگلستان بودند.

با وجود اینکه روبات جدید ادامه دهنده راه روباتی است که در سال پیش در همین کنفرانس  به معرض دید علاقه مندان گذاشته شد طراحی بدنه این روبات کاملا متفاوت با آن روبات است. این روبات هم می تواند مانند روبات قبلی با استفاده از میدان مغناطیسی که از بیرون بر آن اعمال می شود در دیواره معده حرکت کند. این روبات هم چون قبل زائده هایی دارد که به سطح مورد نظر چسبیده و از طریق لغزش حرکت خود را انجام می دهند. اما برای اینکه توزیع وزن روبات به صورت مناسب صورت بگیرید طراحی روبات کلونی با روبات سال پیش تفاوت دارد.

مورد مشابه بعدی این روبات با روبات سال پیش و بسیاری از روبات های اوریگامی دیگر که گروه راس روی آن ها کار کرده دارا بودن دو لایه مواد ساختاری به صورت ساندویچی روی هم می باشد که زمانی که روبات گرم می شود این دو لایه به هم چسبیده و تشکیل یک لایه متحد را می دهند.

تفاوت مواد روبات با روبات قبلی

در طراحی روبات تغییراتی ساختاری داده شد. به گفته ی گیترون تنها زمانی میتوان از روش لغزیدن و جلو رفتن استفاده کرد که اولاض روبات به اندازه ی کافی کوچک باشد و ثانیاً به قدر کافی صلب (سفت) باشد. “روبات اولیه ی ساخته ی میلار بسیار صلب تر بود اما در روبات جدید استفاده از مواد قابل بازیافت صلبیت را کمی کمتر کرد.”

برای اینکه بر این مشکل غلبه شود طرحی برای روبات در نظر گرفته شد که لایه لایه بود و به این ترتیب روی هم قرار گرفتن لایه ها استحکام روبات در محورهای خاصی را بیشتر می ساخت.

اما بدلیل انباشته بودن معده با شیره ی معده روبات بطور کامل نمیتواند با استراتژی حرکت لغزشی موفق به کار در معده شود. میاشیتا در این مورد چنین نظری دارد: “20 درصد از حرکت رو به جلوی روبات ناشی از فشار شیره ی معده و 80 درصد به واسطه ی حرکت لغزشیست. به همین این لحاظ ما در روبات از زائده ای باله ای شکل استفاده کردیم تا بهتر پاسخگوی فشار شیره ی معده باشد. این زائده در طرح تقریباً هموار روبات به خوبی جا افتاده است.”

همچنین ساختار لایه ای روبات این امکان را داد تا آن را فشرده کرده و داخل یک کپسول قابل بلع قرار دهند. زمانیکه دیواره ی کپسول در شیره ی معده حل می شد باید نیروی کافی به روبات اعمال می شد تا لایه های آن باز شده و روبات در حالت طبیعی و باز شده قرار گیرد. برای این که کار به خوبی صورت گیرد به گفته ی گیترون آزمایش و خطاهای زیادی انجام گرفت. طی این آزمایشها محققان دریافتند روبات مستطیلی با لایه های آکاردئونی عمود بر محور اصلی میتواند طرحی مناسب باشد. در عین حال برای اینکه روبات به خوبی باز و بسته شود گوشه های آن کمی فشرده شد.

در مرکز لایه های آکاردئونی روبات یک آهنربای دائمی وجود داشت که با تغییر میدان مغناطیسی که از خارج از بدن به آن اعمال می شود می توانست حرکت های روبات را کنترل کند. نیروهایی که به روبات اعمال می شود بیشتر نیروهای گردشی هستند. نیروی گردشی سریع می تواند باعث حرکت روبات شود اما نیروی گردشی آهسته پایی که روبات روی آن تکیه کرده است را عوض می کند و به این ترتیب روبات قدم بر می دارد. روبات از همان آهنربای درون بدنش برای جذب کردن باتری سکه ای درون معده ی شبیه سازی شده استفاده کرد.

استفاده از اجزای بدن خوک

محققان بیش از 12 ماده مختلف را امتحان کردند تا اینکه برای ساخت روبات به روده خشک شده خوک که به عنوان پوشش سوسیس استفاده می شود رسیدند. لی در این مورد می گوید: “ما زمان زیادی را در بازارهای آسیایی و بازار چینی ها گذراندیم تا ماده ی مناسب را بیابیم و درنهایت به لایه ی جمع شونده ی روده ی خشک شده خوک رسیدیم که قابل بازیافت در طبیعت هم هست. به لایه ی قابل بازیافت و بازشدنی بیولفلین هم می گویند.

برای طراحی معده مصنوعی محققان یک معده خوک را برداشته و ویژگی های مکانیکی آن را مورد بررسی قرار دادند. سپس مدلی با استفاده از برش مقطعی معده و مری خوک طراحی شد(از سیلیکون آب شده که پروفایل مکانیکی آن شبیه پروفایل مکانیکی معده خوک است). برای شبیه سازی شیره یا اسید معده هم ترکیبی از آب و آب لیمو استفاده شد.

هر سال  3500 مورد بلع باتری سکه ای در آمریکا گزارش می شود. معمولاً باتری ها آسیبی به بدن نمی رسانند اما اگر در مدت زمان طولانی با بافت مری یا معده در ارتباط باشند یک جریان الکتریکی در آن ایجاد می کنند که باعث تولید هیدروکسید شده و بافت را می سوزاند.

میاشیتا برای متقاعد کردن راس به اینکه روباتهای اوریگامی را میتوان برای خارج کردن باتری های سکه ای و مداوای زخم های معده به کار برد و همینطور توضیح اینکه باتریهای چقدر میتوانند خطرناک باشند بسیار تلاش کرد.

راس در این مورد می گوید: “شوهی یک تکه ران خوک را آورد و باتری را درون ران قرار داد. بعد از نیم ساعت باتری جذب ران خوک شده بود و زمانی که این اتفاق افتاد حس کردم کار ما برای بیرون آوردن باتری سکه ای از داخل معده برای جلوگیری از چنین اتفاق های ناگواری چقدر مهم می تواند باشد. اگر یک باتری در بدن شما باشد باید هرچه میتوانید سریعتر آن را از بدن خارج کنید.”

منبع: Science Daily