Onderzoekers van het Surgical Robotics Laboratory van de Universiteit Twente zijn er in geslaagd om magnetische microrobots te laten samenwerken. Deze doorbraak kan nieuwe deuren open voor veelbelovende biomedische toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan operaties op plekken in het lichaam die voor chirurgen onbereikbaar zijn. Een chirugische microrobot kan dan uitkomst bieden.
Robotchirurgie is niet nieuw. De chirurgische robot is op steeds meer OK's een vaste 'medewerker' geworden. De ontwikkeling van chirurgische microrobots gaat veel verder. Een mooi voorbeeld is de miniatuur-magneetveldgeleide robot voor medische toepassingen. Dit is een flexibele minirobot die zich veilig in het menselijk lichaam kan verplaatsen om op niet-invasieve wijze medicijnen toe te dienen, bloedingen te stoppen en zelfs tumoren te vernietigen. Het in de praktijk inzetten van dergelijke magnetische microrobots is nog toekomstmuziek, maar er worden in de ontwikkeling al grote stappen gezet.
Samenwerkende microrobots
De doorbraak die onderzoekers van het Surgical Robotics Laboratory van de Universiteit Twente nu bereikt hebben, is ook grote stap. De onderzoekers zijn er daar in geslaagd twee microrobots te laten samenwerken. Samen lukte het de robots van slechts 1 millimeter, om passieve objecten in 3D-omgevingen op te pakken, te verplaatsen en in elkaar te zetten. "Als een goed geoliede machine pakten de microrobots kleine kubussen op, verplaatsten deze of stapelden ze op. Uniek aan deze prestatie is de 3D-omgeving waarin de robots dit deden. Niet alleen omhoog, omlaag en van links naar rechts, maar ook van voren naar achter", aldus de onderzoekers.
De potentiële biomedische toepassingen die voor deze ultra kleine robots weggelegd zijn, zijn misschien nog moeilijk voor te stellen, Denk aan het uitvoeren van een operatie op een plek zo diep en onbereikbaar in het lichaam dat die onmogelijk door een chirurg kan worden uitgevoerd. De ontwikkelde microrobots zijn biocompatibel. Dit betekent dat ze geen schadelijke reacties in het lichaam van mensen veroorzaken.
Besturing
Bij het besturen van de magnetische robots kwamen de onderzoekers oog in oog te staan met een bijzondere uitdaging. Omdat de microrobots magnetisch zijn, kunnen ze als ze samenwerken niet te dicht bij elkaar komen zonder dat ze elkaar aantrekken. Het lukte de onderzoekers echter om deze natuurlijke eigenschap van magnetisme, te gebruiken voor het besturen van de microrobots. Daarvoor ontwikkelden zij een op maat gemaakte controller waarmee zij de microrobots kunnen besturen.
Doordat de microrobots individueel en zeer nauwkeurig te besturen zijn, hebben ze een groot biomedische potentieel, zowel voor studies als andere toepassingen. "We kunnen biomedische monsters op afstand manipuleren zonder ze te besmetten. Dit kan bestaande procedures verbeteren en de deur openen naar nieuwe", zegt Dr. Franco Piñan Basualdo, postdoctoraal onderzoeker bij het Surgical Robotics Laboratory. Onderstaande video laat zien hoe de twee magnetische microrobots samenwerkten bij het oppakken, verplaatsen en stapelen van objecten.
Over het onderzoek
Het onderzoek werd uitgevoerd in het kader van het Europese RĔGO project (Horizon Europe programma), dat gericht is op de ontwikkeling van een innovatieve set AI-gestuurde, microgrote, ongebonden, stimuli-responsieve zwermen robots. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in een artikel met de titel 'Collaborative Magnetic Agents for 3D Microrobotic Grasping' in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Intelligent Systems. De publicatie is open-access en kan online worden gelezen.
