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ミニロボットはあなたの近くの病院にもやってくる？

By Mary Brophy Marcus

2022年8月2日 - 外科医、麻酔科医、そして...小さなカニ型ロボットが待つ手術室に運ばれるところを想像してみてください。

ノースウェスタン大学の科学者たちは、超小型のロボット蟹を開発した。この蟹は、いつの日か繊細な外科手術を行うことができるだろう。例えば、体内に入って小さく破裂した動脈を縫合したり、詰まった動脈を取り除いたり、癌性の腫瘍を突き止めたりする。

Science Robotics』誌に掲載されたこの6本足で幅0.5ミリのカニは、世界最小の遠隔操作型歩行ロボットである。曲げたり、ねじったり、歩いたり、ジャンプしたりすることができ、遠隔操作のレーザーを使って操作する。

これは、手の届きにくい場所で実用的な仕事をする小型の機械を作ることを目的とした10年にわたる研究の最新の進歩の一つである。この人工甲殻類やその他の「マイクロロボット」は、ロボット工学と材料科学の進歩により、皆さんが思っているよりも早く外科チームの役に立つようになるかもしれません。しかし、この未来が現実になる前に、何が起こらなければならないのだろうか？

ロボットカニができるまで

ノミサイズのロボットカニを作るのは「とても簡単です」と、研究を率いたバイオエレクトロニクスエンジニアのジョン・ロジャーズ博士は言う。「ポリマー、形状記憶合金、ガラスという3種類の材料で構成されています」。

ポリマーは、プラスチックのような素材で、マイクロエレクトロニクスに使われています。2つ目の部品である形状記憶合金は、ポリマーと結合して関節と脚を構成しています。3つ目の部品は、ロボットの外側の全体に施されたガラスの薄いコーティングです。

「ガラスは外骨格になります。ガラスは外骨格となり、ロボットのボディ全体に剛性を与えます」とロジャーズは言う。

ロボットのオペレーターがカニの特定の場所にレーザーを当てると、熱のメカニズムが働いてロボットが動きます。

「特定の手足にレーザーを当てることで、特定の歩行をさせることができるのです」とロジャーズ氏は説明し、熱によってカニを「展開」させるという。ロボットが冷えると、元の形に戻ります。この折り畳みと展開が、カニの歩行という運動性を生み出すのです」。

ロジャーズ教授は、学生たちがカニを選んだ理由を次のように語っています。カニが横に移動するのが気に入ったからです。

小さなロボットを医療にどう生かすか？

ロジャーズは、特定の医療用途を強く売り込むことをためらっているが、この技術には外科手術の用途が最も有望だと思われる。人体の奥深くで使用するには、「おそらく魚のような泳ぐものが必要でしょう」とロジャーズ氏は言う。他のグループもスイマーの研究をしていますよ」。

スタンフォード大学の機械工学の助教授であるレニー・ザオ博士も、そのような科学者の一人です。このたびのNature Communications誌の記事で、彼女とその同僚は、「回転を可能にした無線水陸両用折り紙ミリロボット」について報告しています。(それを5回早口で言ってみてください）。

指先に近いサイズのこのミニロボットは、小さな円柱のような外見で、折り紙にヒントを得た模様がねじれたり折れたりするのが特徴です。粘性のある液体の中や、人間の臓器などの滑りやすい表面や塊の上を滑るように動き、遠隔の磁石を使って転がしたり、反転させたり、回転させたりすることができます。円筒の折りたたみと展開がポンプ機構として機能し、液体薬剤の標的送達に利用することができる。例えば、内出血を止めるための薬を体内に運ぶことができるかもしれない、とZhaoは言う。

「私たちは、このシステムをさらに小型化し、血管内などより狭い環境での生物医学的応用を目指して改良を進めています」と彼女は言う。

論文の中で、Zhao氏とその共同執筆者たちは、内視鏡検査や生検の処置を行うために、小型カメラと小型鉗子をミリロボットに搭載することも可能であり、理論上は現在の技術よりも患者へのリスクが低くなるかもしれないと述べています。

しかし、ロボットの設計段階では、多くの試行錯誤があったとZhaoは言う。

「というのも、ロボットの密度は、「泳ぐ」液体の密度に非常に近い必要があるからです。

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現在、趙の水陸両用ロボットは、動物実験の前の試行段階にある。このハードルをクリアすれば、ヒトの臨床試験に進むことになる。

つまり、水泳シリンダーやカニ型ロボットが、心臓外科のチームや臓器の縫合を支援するようになるには、何年もかかる可能性があるということだ。

「これは初期の探索的研究です」とロジャーズは言う。「私たちは、マイクロロボット技術を追求する広範な研究者のコミュニティの一員として、アイデアを紹介しようとしているのです。まさに出発点なのです。"