Интересные факты

1.  Самая маленькая в мире рука для робота, поперечник кисти которой (когда она сжата в кулак) насчитывает один миллиметр, исправно перетаскивает крошечные икринки. Но американские левши прочат своему манипулятору иную работу. Однажды, полагают исследователи, микроскопические пальцы будут проводить виртуозные операции внутри тела пациента.

 Икринки, отложенные под водой, цепляются за поверхность довольно крепко. Они ведь покрыты неким клеем. И всё же крошечный манипулятор ловко отрывает миллиметровые шарики от "дна" лабораторной установки, развивая приличное усилие. В то же время берёт он эти рыбьи икринки бережно, не повреждая их.

 Этот уникальный механизм создал профессор Чан-Цзинь Ким (Chang-Jin Kim) и его лаборатория микромеханических систем университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA Micromanufacturing Laboratory).

 Микроскопический манипулятор с простым названием Microhand оснащён четырьмя очень гибкими пальцами, каждый из которых сделан из шести кремниевых пластин с воздушными полимерными камерами, играющими роль мускулов.

Так работает робототехническая микрорука (фотографии Y.W.Lu и C.J. Kim, UCLA).

 В изготовлении манипулятора авторам этой работы пригодились как стандартные методы микроэлектронной промышленности, так и собственные оригинальные приёмы.

 Каждая камера в суставе пальца соединена с внешним насосом длинной и очень тонкой трубочкой. Так что, накачивая в камеры воздух или откачивая его обратно, можно с высокой точностью управлять всеми суставами этой гибкой кисти.

 Создатели манипулятора не зря применили пневматический привод. Так в одном пучке тонких каналов совместилась и система передачи команд, и силовой привод. Но главное — отсутствие электричества позволяет говорить о полной безопасности применения такого механизма внутри тела и безразличия манипулятора к среде, в которой ему предстоит работать.

 По сочетанию малого размера (порядка одного миллиметра), диапазону доступных пальцам движений и возможностям захвата (две пары противостоящих пальцев) Microhand не имеет себе равных. Также важно, что зонд, на конце которого будет работать новый манипулятор, можно сделать более тонким и гибким, чем те инструменты, которые применяются в малотравматической хирургии сейчас.

 До внедрения Microhand в массовое производство и хирургическую практику ещё далеко. Но, с другой стороны, Ким уже работает совместно с одной из компаний, производящих медицинское оборудование и инструменты, над созданием аналогичной модели микроманипулятора чуть-чуть большего размера.

Пусть новый образец немножко уступит нынешнему рекордсмену в миниатюрности, зато Чан-Цзинь сотоварищи намерены оснастить пальцы этой руки оптоволокном, дабы обеспечить хирургам передачу изображения прямо с места событий — изнутри человеческого тела. Какими объектами будет манипулировать такой робот – не столь уж важно. Важно, для пациентов, что делать это он будет очень нежно. На икринках же тренировался.

2. Сотрудники центра фотомедицины Уэллмена (Wellman Center for Photomedicine) при Главном госпитале Массачусетса (Massachusetts General Hospital — MGH) разработали технику, позволяющую осматривать в микроскопическом масштабе внутренние поверхности органов. Интересно, что новая разработка может пригодиться не только для осмотра, скажем, пищевода, но и для обследования кровеносных сосудов.

 По словам руководителя проекта Бретта Бума (Brett E. Bouma) из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology — MIT), иногда диагностика заболевания на ранних стадиях для медика часто сравнима с обнаружением иголки в стоге сена, особенно в тех случаях, когда необходимо провести микроскопический осмотр труднодоступных областей организма. Однако новая методика позволяет решить эту проблему.

Вверху: эндоскоп OFDI (в верхней части снимка) в сравнении с человеческим волосом (в нижней части). Для эндоскопа используется волокно толщиной от 80 до 250 микрометров. Внизу: наконечник эндоскопа; 1 — оптоволокно, 2 — линза, 3 — дифракционная решётка (иллюстрация D. Yelin et al.).

 Техника, которую разработали в MGH, называется оптическо-частотным доменным отображением (optical frequency-domain imaging — OFDI). Устройство представляет собой миниатюрный щуп, внутри которого находится тонкое оптическое волокно (диаметром меньше человеческого волоса). По нему передаётся лазерный луч, который фокусируется с помощью линзы и попадает на дифракционную решётку (с периодом тысяча штрихов на миллиметр).

 На дифракционной решётке луч разлагается на составляющие с разной длиной волны. Отражённые лучи регистрируются, и характер отражения каждого из них анализируется отдельно. В результате получаются детализированные снимки поверхностей, которые можно делать непрерывно в процессе передвижения этого миниатюрного эндоскопа.

 Изображение, которое формируется прибором, очень чёткое — его разрешение превышает в десять раз разрешение самых точных современных миниатюрных эндоскопов. Однако главное преимущество OFDI в том, что с ним можно получать не только плоские, но и трёхмерные снимки. Дополнительное измерение формируется за счёт поворота кончика эндоскопа (вращение передаётся ему через специальный механизм).

 Чтобы убедиться в работоспособности прибора, учёные MGH провели его апробирование на живых свиньях. На подробное сканирование поверхности пищевода протяжённостью в 4,5 сантиметра исследователи потратили не так уж мало — около 6 минут, — зато они смогли получить подробную картину со всеми структурными особенностями и рисунком кровеносных сосудов.

 Помимо этого исследователи провели осмотр коронарных артерий. Результаты осмотра (который проходил с теми же животными и также in vivo) сравнили с данными других обследований. В итоге оказалось, что с помощью OFDI можно вполне успешно проводить обследования такого рода — изображения, полученные этим методом, позволяют без проблем отличить здоровые ткани от повреждённых.

 Обсуждая эффективность аппарата, исследователи заявляют, что ему можно найти применение, например, в диагностике рака пищевода на ранних стадиях. Они утверждают, что скоро будет применяться более мощная компьютерная обработка сигналов, и время осмотра уменьшится в шесть раз.

Изображение протезированной коронарной артерии у свиньи, полученное в ходе исследования с помощью OFDI. Крестиками отмечены отложения на внутренней поверхности сосуда (иллюстрация и фото Seok H. Yun et al.).

 Другая область применения — это, конечно же, исследование кровеносных сосудов, в частности, для обнаружения на их внутренней поверхности бляшек, вызывающих повреждения вен и артерий, инфаркты и другие серьёзные проблемы.

 Впрочем, энтузиасты из MGH не собираются останавливаться на диагностике, но и предлагают использовать OFDI в других сферах медицины. Ведь если по оптоволокну можно передавать слабый лазерный луч, то его вполне можно сделать и более мощным.

 Прибор, модифицированный таким образом, может стать, к примеру, средством лазерной терапии опухолей. Перспектива реализации OFDI кажется Бретту Бума невероятно вдохновляющей: "Мы надеемся, — говорит он, — что медики получат надёжное средство диагностики и лечения, которое будет работать при минимальных вмешательствах в организм пациента".

 По материалам www.membrana.ru/