Każdy pamięta to z dzieciństwa: trzeba położyć monetę na kartonie, o pod nim umieścić magnes. Potem wystarczy poruszyć magnesem i moneta sama się przesuwa. Dziecinna zabawa? Może i dziecinna, ale nie głupia. Bo na podobnej zasadzie działa napęd nowego mikrorobota do badania przełyku i żołądka.
IM GŁOŚNIEJ, TYM SZYBCIEJ
Wygląda na to, że w przyszłości w naszych ciałach panował będzie nie lada ruch. Podczas gdy jedne roboty wędrować będą przez układ pokarmowy, inne popłyną naczyniami krwionośnymi, aby udrażniać tętnice. Naukowcy mają sporo ciekawych pomysłów, jak takie dokrewne roboty mogą być zbudowane.
Holender Claus Dieter Ohl uważa, że brnącego przez krew robota najlepiej wprawić w ruch za pomocą fali dźwiękowej. Skonstruował prototyp takiego mikropojazdu, o średnicy 0,75 milimetra. W testach w wodzie robocik rozwinął prędkość około 3 milimetrów na sekundę. Urządzenie porusza się trochę jak przegrzebek, morski małż. Zwierzątko to, płynąc, na przemian otwiera i zamyka muszlę. Kiedy ją zamyka, woda wystrzeliwuje z niej i zwierzę wyraźnie przesuwa się do przodu. Kiedy małż muszlę otwiera – cofa się, ale bardzo nieznacznie. Krok do przodu jest zawsze dłuższy niż krok do tyłu, więc, koniec końców, małż sunie w wybranym kierunku.
Holenderski robocik działa podobnie. Składa się z tulei i umieszczonego w niej tłoku. Kiedy tłok wypycha wodę, robocik brnie naprzód. Potem, wciągając wodę, cofa się, lecz tylko odrobinę.
Najciekawszy w tym projekcie jest sposób, w jaki tłok wprawia się w ruch. Otóż tuleja jest z jednej strony zamknięta: w dziobowej części robocika uwięziono bąbelek powietrza. Wystarczy zbliżyć do bąbelka źródło dźwięku, by zaczął on szybko kurczyć się i rozkurczać, wprawiając tłok w ruch. Najlepszy do tego celu jest dźwięk o częstotliwości 1,5 kHz. Im głośniejszy, tym robot szybciej płynie.
Zabieg udrażniania tętnic wyglądałby więc tak: lekarz umieściłby na czubku robota lekarstwo i wprowadził go do tętnicy. Potem włączyłby generator dźwięku, przysunął głośnik do ciała pacjenta – i robot rozpocząłby swoją misję. Dźwięk o częstotliwości 1,5 kHz mieści się w paśmie tzw. środka – nie jest rozdzierającym piskiem ani dudniącym basem. Można nawet wyobrazić sobie, że powstaną przyjemne utwory muzyczne, wyjątkowo sprawnie popychające robocika naprzód – mogłyby to być piosenki o tematyce zdrowotnej… Gdyby pacjent wolał mimo wszystko ciszę, zawsze może poprosić o słuchawki.
KWADRANS W PRZEŁYKU
Pomysłodawcą nowej techniki manipulowania robotem jest niemiecki inżynier Frank Volke. Przeprowadził on badania najpierw na świniach, a potem na jednym ze swoich współpracowników z Fraunhofer Institut Biomedizinische Technik. Kolega Volkego połknął małego pięciogramowego robocika. Wtedy Volke wziął do ręki przedmiot przypominający kształtem i wielkością tabliczkę czekolady. Zbliżył go do ciała kolegi i przesuwał w górę i w dół. A robocik posłusznie wędrował poprzez przełyk: do wpustu żołądka i z powrotem do góry.
Robocik połknięty przez niemieckiego eksperymentatora był lekko zmodyfikowaną tak zwaną kamerą-pigułką. Urządzenie to składa się z aparatu fotograficznego, zimnej diody, która pełni rolę flesza, nadajnika, który wysyła zrobione zdjęcia do komputera na biurku lekarza, oraz baterii. Całość waży pięć gramów. Kamery-pigułki stosowane są przez lekarzy od kilku lat. Po połknięciu pozbawiona napędu pigułka wędruje w dół układu pokarmowego jak kęs pożywienia. Po drodze co kilka sekund włącza flesz i robi zdjęcie. Niestety standardowe urządzenie, choć znakomicie sprawuje się w badaniu jelit, gorzej radzi sobie z górnymi partiami układu pokarmowego. Przelatuje w ciągu kilku sekund przez przełyk, potem szybko opada na dno żołądka. Stąd potrzeba sterowania robocikiem.
Dzięki polu magnetycznemu udało się utrzymać kamerę-pigułkę w przełyku przez kwadrans i zrobić dokładne zdjęcia miejsca, w którym łączy się on z żołądkiem (tzw. wpust). Dotychczas, aby fotografować te partie organizmu, trzeba było badania endoskopowego: bardzo nieprzyjemnego, po którym pacjent dochodzi do siebie przez kilka godzin. A wykorzystanie robocika-kamery jest zupełnie bezbolesne.
KAWAŁEK PO KAWAŁKU
Frank Volke współpracuje ściśle z izraelskim wytwórcą kamerek-pigułek, firmą Given Imaging, więc można się spodziewać, że sterowany magnetycznie aparacik wkrótce trafi na rynek.Co więcej, kariera magnetycznego sterowania na tym się nie skończy: dzięki możliwości kierowania ruchami robocika w ludzkim organizmie, lekarze będą mogli kiedyś pobierać próbki z wybranych, trudno dostępnych miejsc lub dostarczać do chorych tkanek lekarstwa.Wcześniej jednak inżynierowie będą musieli rozwiązać jeszcze jeden problem: roboty, które pełniłyby bardziej złożone funkcje, musiałyby być także większe. A dużego urządzenia człowiek nie połknie. Okazuje się na szczęście, że i ten problem można rozwiązać dzięki zastosowaniu pola magnetycznego.Projekt dużego robota, który łatwo przeciśnie się przez przełyk, przedstawił właśnie zespół naukowy włosko-francusko-szwajcarsko- -hiszpański. Maszyna nazywa się Ares. Połykana będzie przez pacjenta w kawałkach, by dopiero w żołądku złożyć się w całość. Każdy moduł ma pełnić inne zadanie: jeden pobierze próbki, inny dostarczy napędu, następny zrobi zdjęcia lub zaaplikuje lek. Europejscy eksperci doszli do wniosku, że jedynym sposobem na to, by robot sam się złożył w organizmie, jest zastosowanie odpowiednio dobranych magnesów. Przeprowadzili eksperymenty w wypełnionej płynem torbie: modelu żołądka. Wrzucali do środka wyposażone w magnesy kapsuły. Udało im się uzyskać 90-proc. pewność, że elementy połączą się w jedną całość – samoczynnie, bez konieczności zasilania. Pole magnetyczne ma jeszcze jedną ważną zaletę: można je łatwo śledzić z zewnątrz ciała pacjenta. Dzięki temu lekarz obsługujący robota będzie wiedział, gdzie znajdują się poszczególne moduły i czy już się połączyły.
KAWAŁEK PO KAWAŁKU
Frank Volke współpracuje ściśle z izraelskim wytwórcą kamerek-pigułek, firmą Given Imaging, więc można się spodziewać, że sterowany magnetycznie aparacik wkrótce trafi na rynek.
Co więcej, kariera magnetycznego sterowania na tym się nie skończy: dzięki możliwości kierowania ruchami robocika w ludzkim organizmie, lekarze będą mogli kiedyś pobierać próbki z wybranych, trudno dostępnych miejsc lub dostarczać do chorych tkanek lekarstwa.
Wcześniej jednak inżynierowie będą musieli rozwiązać jeszcze jeden problem: roboty, które pełniłyby bardziej złożone funkcje, musiałyby być także większe. A dużego urządzenia człowiek nie połknie. Okazuje się na szczęście, że i ten problem można rozwiązać dzięki zastosowaniu pola magnetycznego.
Projekt dużego robota, który łatwo przeciśnie się przez przełyk, przedstawił właśnie zespół naukowy włosko-francusko-szwajcarsko- -hiszpański. Maszyna nazywa się Ares. Połykana będzie przez pacjenta w kawałkach, by dopiero w żołądku złożyć się w całość. Każdy moduł ma pełnić inne zadanie: jeden pobierze próbki, inny dostarczy napędu, następny zrobi zdjęcia lub zaaplikuje lek. Europejscy eksperci doszli do wniosku, że jedynym sposobem na to, by robot sam się złożył w organizmie, jest zastosowanie odpowiednio dobranych magnesów. Przeprowadzili eksperymenty w wypełnionej płynem torbie: modelu żołądka. Wrzucali do środka wyposażone w magnesy kapsuły. Udało im się uzyskać 90-proc. pewność, że elementy połączą się w jedną całość – samoczynnie, bez konieczności zasilania. Pole magnetyczne ma jeszcze jedną ważną zaletę: można je łatwo śledzić z zewnątrz ciała pacjenta. Dzięki temu lekarz obsługujący robota będzie wiedział, gdzie znajdują się poszczególne moduły i czy już się połączyły.