Стаття медичної робототехніки у світі. Огляд стану робототехніки у відновлювальній медицині. Роботизований кварцовий апарат Xenex

Слайд 9

Робот під назвою «Да Вінчі»

Слайд 10

Робот Да Вінчі – це прогресивний хірургічний робот, найпоширеніший у світі. Робот наводиться в рух лікарем - хірургом і оснащений чотирма "руками" - одна рука робить зйомку і три руки оперують - ці руки мають максимальний ступінь свободи і рухливості, кращі, ніж рука людини. Ці руки вводяться в операційний простір на тілі через найтонші розрізи і забезпечують лікаря - хірургу як додаткові руки для оперування, а й більш досконалу свободу рухів проти звичайної операцією. Лікар - хірург управляє операцією зі свого пульта управління, що знаходиться біля оперованого пацієнта і з якого він надає руху оперуючі руки і управляє всім, що відбувається в операційній.

Слайд 11

Переваги використання даного приладу Робот забезпечує хірургу максимальний ступінь свободи і кращу рухливість і, тим самим, дає йому можливість здійснювати рухи, які людська рукане здатна виконувати. Рука робота більш міцна і стійка, ніж людська рука Зображення, яке передає камера хірургу - це збільшене тривимірне зображення, яке полегшує визначення місцезнаходження ушкодження та його лікування черевній стінцізначно менше, ніж розрізи при звичайній операції Процес відновлення більш швидкий і кількість днів перебування в стаціонарі менше

Слайд 12

Операції, що виконуються * Відновлення мітрального клапана* Реваскуляризація міокарда * Абляція тканин серця * Встановлення епікардіального електронного стимулятора серця для бівентрикулярної ресинхронізації * Шлункове шунтування * Фундоплікація по Nissen * Гістеректомія та міомектомія * Операції на хребті, заміна дисків * Тімектомія - операція вилочкової залози * Лобектомія легені* Езофагоектомія * Резекція пухлини середостіння * Радикальна простатектомія * Пієлопластика * Видалення сечового міхура * Радикальна нефректомія та резекція нирки * Реімплантація сечоводу

Слайд 13

Переглянути всі слайди

Казанський Державний

Технологічний університет

Реферат на тему:

Робототехніка в медицині

Виконав студент групи

Нігматуллін А.Р.

Казань 2010 року.

Вступ

1. Види медичних роботів

Висновок

Вступ

В епоху бурхливого розвитку науки і техніки з'являється безліч різних нововведень у самих різних областях. Прилавки супермаркетів заповнюються екзотичною їжею, у торгових комплексах з'являються одяг з нових матеріалів, а в гіпермаркетах електроніки і того далі, неможливо наздогнати розвиток нових винаходів. Все звичне старе швидко змінюється на незвичайне, нове, до якого так не просто звикнути. Але якби не було прогресу, то люди не пізнали б безліч загадок, які ще не розкриті, і природа ретельно приховує їх від нас. Незважаючи на все це, дякую високій професійності сучасних вчених фізиків, безперервно ведуться розробки в різних сферах. Проста людина навряд чи спантеличувалась питанням що нового можна внести в цей і без того безмежно цивілізований і прогресивний світ. Наприклад, можна розглянути наш світ, яким він був навіть одну сотню років тому. Не було не телевізорів, не комп'ютерів, не побутової техніки, без якої сучасній людиніу побуті просто не обійшлися навіть 10 років тому, коли стільникові телефонитільки-тільки побачили світ і були громіздкими і дуже малофункціональними, що стосується і комп'ютерної техніки. Наука рухає світ уперед, і в будь-яких областях життєдіяльності людини потрібні якісь нововведення. У цьому приклад хотілося б вибрати як певний аспект – галузь медицини, а точніше її технічний потенціал. Медицина так само не стоїть на місці, з'являються найскладніші апарати для життєзабезпечення людини, прикладом тому можуть стати безліч апаратів, наприклад апарат для штучної вентиляціїлегенів, чи апарат штучної нирки тощо. З'явилися мініатюрні вимірювачі цукру в крові, електронні вимірювачі пульсу та тиску, цей список можна доповнити неодноразово. Конкретніше хочеться зупинитися на прикладі впровадження робототехніки у медичну галузь. Різні роботи створюються людиною приблизно з кінця 20 століття, за пройдений час вони були значно поліпшені і модернізовані. На даний момент існують роботи - помічники, військові розробки роботів, космічні, побутові та медичні. Далі варто докладніше розібрати якісь види роботів і для якого застосування існують на даний момент часу.

Види медичних роботів

Один із найвідоміших і найславетніших досягнень останнього часу став робот під назвою «Да Вінчі», який, як можна здогадатися, був названий на честь великого інженера, художника та вченого Леонардо Да Вінчі. Новинка дозволяє хірургам виконувати найскладніші операції, не торкаючись пацієнта та з мінімальним ушкодженням його тканин. Робот, який може застосовуватися в кардіології, гінекології, урології та загальної хірургії, був продемонстрований медичним центром та відділенням хірургії університету штату Арізона.

Під час операції з "да Вінчі" хірург знаходиться за кілька метрів від операційного столу за комп'ютером, на моніторі якого представлено тривимірне зображення органу, що оперується. Лікар керує тонкими хірургічними інструментами, що проникають у тіло пацієнта крізь невеликі отвори. Такі інструменти з дистанційним керуванням можна використовувати для точних операцій на невеликих та важкодоступних ділянках тіла.

Доказом надзвичайних можливостей "да Вінчі" став перший у світі повністю ендоскопічний байпас, виконаний зовсім недавно в Колумбійському Пресвітеріанському медичному центріу Нью Йорку. Унікальну операцію провели директор центру роботизованої кардіохірургії Майкл Аргензіано, і завідувач відділу кардіоторакальної хірургії доктор Крейг Сміт. При цьому вони використовували лише три невеликі отвори - два для маніпуляторів і одне - для відеокамери. Зрозуміти, що це означає, може тільки людина, яка хоч раз спостерігала “традиційну” операцію на відкритому серці.

Дії бригади, що "відкриває" грудну клітину пацієнта, справляють на новачка (за журналістським завданням мені якось довелося побувати в цій ролі) незабутнє враження. Досі пам'ятаю мурашки по всьому тілу від жахливого вереску дискової пили, що розрізає грудину, і величезну рану, в якій діловито снували руки в закривавлених гумових рукавичках.

У Сполучених Штатах байпасілі аортокоронарне шунтування є найпоширенішою операцією на відкритому серці. Щороку цю процедуру проходять тут 375 тисяч людей. Широке впровадження "да Вінчі" могло б значно полегшити їхню долю, допомагаючи пацієнтам швидше одужувати після операції і раніше виписуватися зі шпиталів.

Головний хірург аризонського центру, де відчувають "да Вінчі", доктор Алан Гамільтон взагалі впевнений у тому, що роботобудування зробить революцію у хірургії. Поки що ця революція тільки починається, а ось у... кіно "да Вінчі" вже справив неабиякий фурор. Хірургічний робот зіграв роль в останньому фільмі серіалу про Джеймса Бонда "Умрі в інший день" (Die Another Day).

На початку фільму крупним планом показуються три механічні руки, що нишпорять по тілу захопленого ворогами агента 007. працює зараз "да Вінчі". - Фільми про Джеймса Бонда завжди захоплювали мене демонстрацією небачених технічних новинок. Але я ніколи не думав, що колись відділ, який я очолюю, співпрацюватиме з виробниками бондіани”.

"Да Вінчі" - лише один із прикладів розвитку нової галузі в медицині.

Інші роботи застосовуються в різних операціях, аж до хірургії головного мозку. Поки що ці пристрої є досить громіздкими, але лікарі сподіваються на появу і мініатюрних помічників. Минулого літа, наприклад, відділ енергетики американської Національної лабораторії Sandia в Альбукерці вже збудував найменший у світі робот заввишки один сантиметр. А британська корпорація Nanotechnology Development розробляє крихту Fractal Surgeon, яка самостійно збиратиметься з ще менших блоків усередині людського тіла, проводитиме там необхідні дії і саморозбиратися.

Тепер робота оснастили найпросунутішими "очима" у світі (про що свідчить прес-реліз компанії). Тривимірний зір був у нього і раніше, а ось високої чіткості досягли тільки зараз.

Нова версія дозволяє стежити за операцією відразу двом хірургам. Один з них може асистувати, так і вчитися майстерності у старших колег. На робочому дисплеї може бути відображена не лише картинка з камер, але й два додаткові параметри, наприклад, дані ультразвуку та ЕКГ.

Багаторукий da Vinci дозволяє оперувати з великою точністю, а значить і з мінімальним втручанням в організм пацієнта. В результаті відновлення після операції відбувається швидше, ніж зазвичай (фото 2009 Intuitive Surgical)

Ще одна цікава новина. Співробітники Університету Вандербільта (США) виступили із концепцією нової автоматичної когнітивної системи TriageBot. Машини збиратимуть медичну інформацію, здійснювати основні діагностичні виміри та зрештою ставити попередні діагнози, поки люди займаються більш невідкладними проблемами. У результаті пацієнти менше чекатимуть, а фахівці зітхнуть вільніше і істотно знизять кількість помилок. пацієнтів відділень екстреної допомоги надходять туди у стані, небезпечному для життя. Лікарям доводиться приділяти їм першочергову увагу. Роботи могли б зайнятися рештою 60%. Якщо проект виявиться успішним, через п'ять років біля стійки реєстрації з'являться електронні термінали, подібні до тих, що встановлені в аеропортах, а також спеціальні «розумні» стільці та мобільні роботи. При надходженні пацієнт повинен насамперед зареєструватися. У запропонованій системі супроводжуюча особа зможе внести всі необхідні дані через термінал із сенсорним екраном. Можливі голосові підказки. При цьому автомат зможе розпізнавати наявність критичної інформації (наприклад, гострий біль у грудях) та інформувати про неї лікаря, щоб пацієнтом зайнялися якнайшвидше. В іншому випадку хворого направлять до зали очікування. План більш докладної діагностики пацієнта розробляється відповідно до цих початкових відомостей. У пропонованій системі найпростіші процедури можна зробити вже в прийомній, на спеціальному стільці, який виміряє кров'яний тиск, пульс, насичення крові киснем, частоту дихання, висоту і вагу. Крім того, мобільні помічники періодично перевірятимуть стан пацієнтів у залі очікування, приділяючи особливу увагу артеріальному тиску, частоті пульсу та, можливо, інтенсивності больових відчуттів. У випадку виявлення критичних змін робот зобов'язаний проінформувати людський персонал. функцій роботів та їх зовнішній вигляд. Паралельно розробляються прототипи.

Для більш точних і зручних розрахунків вчені створили чудового робота-фармацевта. Електронно-механічне диво, яке працює у великому підвалі Пресвітеріанської лікарні в місті Альбукерке, штат Нью-Мексико, звуть Розі. "Батько" цього потужного механічного агрегату, що переміщається чотириметровою рейкою в темній заскленій кімнаті, - новий підрозділ корпорації Intel - Intel Community Solutions, що використовує досягнення фірми для вирішення соціальних завдань.

Казанський Державний

Технологічний університет

Реферат на тему:

Робототехніка в медицині

Виконав студент групи

Нігматуллін А.Р.

Казань 2010 року.

Вступ

1. Види медичних роботів

Висновок

Вступ

В епоху бурхливого розвитку науки і техніки з'являється безліч різних нововведень у різних областях. Прилавки супермаркетів заповнюються екзотичною їжею, у торговельних комплексах з'являються одягу з новітніх матеріалів, а в гіпермаркетах електроніки тощо, неможливо наздогнати розвиток нових винаходів. Все звичне старе швидко змінюється на незвичайне, нове, до якого так не просто звикнути. Але якби не було прогресу, то люди не пізнали б безліч загадок, які ще не розкриті, і природа ретельно приховує їх від нас. Незважаючи на все це, дякую високій професійності сучасних вчених фізиків, безперервно ведуться розробки в різних сферах. Проста людина навряд чи спантеличувалась питанням що нового можна внести в цей і без того безмежно цивілізований і прогресивний світ. Наприклад, можна розглянути наш світ, яким він був навіть одну сотню років тому. Не було не телевізорів, не комп'ютерів, не побутової техніки, без якої сучасній людині в побуті просто не обійшлися навіть 10 років тому, коли стільникові телефони тільки-тільки вийшли у світ і були громіздкими і дуже малофункціональними, що стосується і комп'ютерної техніки. Наука рухає світ уперед, і в будь-яких областях життєдіяльності людини потрібні якісь нововведення. У цьому приклад хотілося б вибрати як певний аспект – галузь медицини, а точніше її технічний потенціал. Медицина так само не стоїть на місці, з'являються найскладніші апарати для життєзабезпечення людини, прикладом тому можуть стати безліч апаратів, наприклад апарат для штучної вентиляції легень, або апарат штучної нирки і т.п. З'явилися мініатюрні вимірювачі цукру в крові, електронні вимірювачі пульсу та тиску, цей список можна доповнити неодноразово. Конкретніше хочеться зупинитися на прикладі впровадження робототехніки у медичну галузь. Різні роботи створюються людиною приблизно з кінця 20 століття, за пройдений час вони були значно поліпшені і модернізовані. На даний момент існують роботи - помічники, військові розробки роботів, космічні, побутові та медичні. Далі варто докладніше розібрати якісь види роботів і для якого застосування існують на даний момент часу.

Види медичних роботів

Один із найвідоміших і найславетніших досягнень останнього часу став робот під назвою «Да Вінчі», який, як можна здогадатися, був названий на честь великого інженера, художника та вченого Леонардо Да Вінчі. Новинка дозволяє хірургам виконувати найскладніші операції, не торкаючись пацієнта та з мінімальним ушкодженням його тканин. Робот, який може застосовуватися у кардіології, гінекології, урології та загальної хірургії, був продемонстрований медичним центром та відділенням хірургії університету штату Арізона.

Під час операції з "да Вінчі" хірург знаходиться за кілька метрів від операційного столу за комп'ютером, на моніторі якого представлено тривимірне зображення органу, що оперується. Лікар керує тонкими хірургічними інструментами, що проникають у тіло пацієнта крізь невеликі отвори. Такі інструменти з дистанційним керуванням можна використовувати для точних операцій на невеликих та важкодоступних ділянках тіла.

Доказом надзвичайних можливостей "да Вінчі" став перший у світі повністю ендоскопічний байпас, виконаний нещодавно в Колумбійському Пресвітеріанському медичному центрі в Нью-Йорку. Унікальну операцію провели директор центру роботизованої кардіохірургії Майкл Аргензіано, і завідувач відділу кардіоторакальної хірургії доктор Крейг Сміт. При цьому вони використовували лише три невеликі отвори - два для маніпуляторів і одне - для відеокамери. Зрозуміти, що це означає, може тільки людина, яка хоч раз спостерігала “традиційну” операцію на відкритому серці.

Дії бригади, що "відкриває" грудну клітину пацієнта, справляють на новачка (за журналістським завданням мені якось довелося побувати в цій ролі) незабутнє враження. Досі пам'ятаю мурашки по всьому тілу від жахливого вереску дискової пили, що розрізає грудину, і величезну рану, в якій діловито снували руки в закривавлених гумових рукавичках.

У Сполучених Штатах байпасілі аортокоронарне шунтування є найпоширенішою операцією на відкритому серці. Щороку цю процедуру проходять тут 375 тисяч людей. Широке впровадження "да Вінчі" могло б значно полегшити їхню долю, допомагаючи пацієнтам швидше одужувати після операції і раніше виписуватися зі шпиталів.

Головний хірург аризонського центру, де відчувають "да Вінчі", доктор Алан Гамільтон взагалі впевнений у тому, що роботобудування зробить революцію у хірургії. Поки що ця революція тільки починається, а ось у... кіно "да Вінчі" вже справив неабиякий фурор. Хірургічний робот зіграв роль в останньому фільмі серіалу про Джеймса Бонда "Умрі в інший день" (Die Another Day).

На початку фільму крупним планом показуються три механічні руки, що нишпорять по тілу захопленого ворогами агента 007. працює зараз "да Вінчі". - Фільми про Джеймса Бонда завжди захоплювали мене демонстрацією небачених технічних новинок. Але я ніколи не думав, що колись відділ, який я очолюю, співпрацюватиме з виробниками бондіани”.

"Да Вінчі" - лише один із прикладів розвитку нової галузі в медицині.

Інші роботи застосовуються в різних операціях, аж до хірургії головного мозку. Поки що ці пристрої є досить громіздкими, але лікарі сподіваються на появу і мініатюрних помічників. Минулого літа, наприклад, відділ енергетики американської Національної лабораторії Sandia в Альбукерці вже збудував найменший у світі робот заввишки один сантиметр. А британська корпорація Nanotechnology Development розробляє крихту Fractal Surgeon, яка самостійно збиратиметься з ще менших блоків усередині людського тіла, проводитиме там необхідні дії і саморозбиратися.

Тепер робота оснастили найпросунутішими "очима" у світі (про що свідчить прес-реліз компанії). Тривимірний зір був у нього і раніше, а ось високої чіткості досягли тільки зараз.

Нова версія дозволяє стежити за операцією відразу двом хірургам. Один з них може асистувати, так і вчитися майстерності у старших колег. На робочому дисплеї може бути відображена не лише картинка з камер, але й два додаткові параметри, наприклад, дані ультразвуку та ЕКГ.

Багаторукий da Vinci дозволяє оперувати з великою точністю, а значить і з мінімальним втручанням в організм пацієнта. В результаті відновлення після операції відбувається швидше, ніж зазвичай (фото 2009 Intuitive Surgical)

Ще одна цікава новина. Співробітники Університету Вандербільта (США) виступили із концепцією нової автоматичної когнітивної системи TriageBot. Машини збиратиму медичну інформацію, здійснюватимуть основні діагностичні виміри і зрештою ставитиму попередні діагнози, поки люди займаються більш невідкладними проблемами. У результаті пацієнти менше чекатимуть, а фахівці зітхнуть вільніше і істотно знизять кількість помилок. пацієнтів відділень екстреної допомоги надходять туди у стані, небезпечному для життя. Лікарям доводиться приділяти їм першочергову увагу. Роботи могли б зайнятися рештою 60%. Якщо проект виявиться успішним, через п'ять років біля стійки реєстрації з'являться електронні термінали, подібні до тих, що встановлені в аеропортах, а також спеціальні «розумні» стільці та мобільні роботи. При надходженні пацієнт повинен насамперед зареєструватися. У запропонованій системі супроводжуюча особа зможе внести всі необхідні дані через термінал із сенсорним екраном. Можливі голосові підказки. При цьому автомат зможе розпізнавати наявність критичної інформації (наприклад, гострий біль у грудях) та інформувати про неї лікаря, щоб пацієнтом зайнялися якнайшвидше. В іншому випадку хворого направлять до зали очікування. План більш докладної діагностики пацієнта розробляється відповідно до цих початкових відомостей. У пропонованій системі найпростіші процедури можна зробити вже в прийомній, на спеціальному стільці, який виміряє кров'яний тиск, пульс, насичення крові киснем, частоту дихання, висоту і вагу. Крім того, мобільні помічники періодично перевірятимуть стан пацієнтів у залі очікування, приділяючи особливу увагу артеріальному тиску, частоті пульсу та, можливо, інтенсивності больових відчуттів. У випадку виявлення критичних змін робот зобов'язаний проінформувати людський персонал. функцій роботів та їх зовнішній вигляд. Паралельно розробляються прототипи.

Для більш точних і зручних розрахунків вчені створили чудового робота-фармацевта. Електронно-механічне диво, яке працює у великому підвалі Пресвітеріанської лікарні в місті Альбукерке, штат Нью-Мексико, звуть Розі. "Батько" цього потужного механічного агрегату, що переміщається чотириметровою рейкою в темній заскленій кімнаті, - новий підрозділ корпорації Intel - Intel Community Solutions, що використовує досягнення фірми для вирішення соціальних завдань.

Завдання Розі, - приготування та розподіл ліків сотень найменувань. Працює він цілодобово, практично не робить перерв і при цьому не помиляється. За два з половиною роки служби в лікарняній аптеці не було жодного випадку, коли б пацієнтові відправили не ті ліки. Коефіцієнт точності роботи Розі – 99,7 відсотків, а це означає, що сортування та дозування прописаних препаратів ніколи не відрізняється від тих, що вказані у рецептах лікарів.

Більше того, Розі допоміг вчасно виявити багато помилок. Розі ніколи не відправить хворому ліки з терміном придатності, що минув. Запорукою його точності є закладені у електронний мозок машини державні стандарти контролю якості. Тим часом, згідно з даними Національного інститутуздоров'я у Вашингтоні через помилки з ліками в країні щороку помирають близько 50 тисяч людей. Але приготування та розподіл ліків – не єдина проблема, яку у Пресвітеріанській лікарні вирішили за допомогою Розі. До його появи було дуже складно стежити за відпусткою наркотичних засобів: співробітники витрачали багато часу, перераховуючи таблетки, щоб жодна з них не залишилася неврахованою. Сьогодні з цієї рутинної роботи їх звільнив робот Розі.

Але це ще не все. Механічною "рукою" ковзний по рейці Розі збирає маленькі пакетики з таблетками, що висять уздовж стін, на кожен з яких нанесений унікальний бар-код. Потім він вкладає їх у герметичні конверти та відправляє пацієнтам.

На світ так само з'явилися два робота помічника - це робот нянька, який доглядає хворих людей, зокрема страждають від хвороби Альцгеймера, і робот фізіотерапевт, що дозволяє швидше адаптуватися людям перенесли інсульт.

Нещодавно американські пацієнти із хворобою Альцгеймера отримали помічника, який полегшує їм спілкування з лікарями та родичами. Обладнаний камерою, екраном та всім необхідним для бездротового зв'язку через Інтернет, робот Companion дозволяє лікарю контактувати з пацієнтом, який знаходиться у спеціалізованій клініці. Робот також використовується для навчання персоналу, допомоги пацієнтам, які мають проблеми з пересуванням, спілкування з дітьми. Як не дивно, пацієнти, які зазвичай неохоче приймають все нове, поставилися до механічного співрозмовника зовсім непогано: показували на нього, сміялися, навіть намагалися заговорювати з ним.

На думку виконавчого директора компанії InTouch Health Юліна Ванга, що створила машину, застосування роботів при догляді за людьми похилого віку може зняти гостроту проблеми старіння нації. В умовах, коли вже до 2010 року кількість пенсіонерів у країні зросте до 40, а до 2030 року – до 70 мільйонів, це дуже важливо. Поки що ж фірма збирається здавати своїх роботів в оренду будинкам для людей похилого віку. У майбутньому компанія планує створення роботів, які зможуть приводити в рух інвалідний візок.

Справжній крок у майбутнє зробили інженери з Массачусетського технологічного інституту, які замінили лікаря-фізіотерапевта на робот. Як відомо, люди, які перенесли інсульт, надовго забувають про своє звичне життя. Протягом багатьох місяців і навіть років вони знову вчаться ходити, тримати ложку в руках, робити звичайні події, про які раніше навіть не замислювалися. Тепер їм можуть допомогти не лише лікарі, а й роботи.

Йдеться про сеанси фізіотерапії, необхідні відновлення координації рухів рук. Наразі пацієнти зазвичай займаються з лікарями, які показують їм відповідні вправи. У відділення реабілітації Бостонського міського госпіталю, де проводяться випробування нової установки, що одужує від інсульту, пропонується за допомогою джойстика переміщати на екрані по заданої траєкторіїневеликий курсор. Якщо ж людина не може цього зробити, джойстик керований комп'ютером за допомогою вбудованих електромоторів сам перемістить його руку в необхідне положення.

Лікарі залишилися задоволені роботою новинки. На відміну від людини, робот може здійснювати ті самі рухи тисячі разів на день і при цьому не втомлюватися. Щодо самих лікарів, то їм не варто боятися безробіття: просто замість того, щоб годинами сидіти з хворими, вони зможуть розробляти нові, ефективніші програми тренувань.

Так як медицина є досить великою галуззю науки, не обійшлося тут і без втручання сучасних нанотехнологій. Ось що можна відзначити у цьому розділі.

Безладно миготливі під мікроскопом бактерії раптово завмирають на місці. Потім, ніби змовившись, починають шикуватися в рівну лінію. Мікроби за лічені секунди займають свої місця в колоні, і тут в рух приходить весь лад - бактерії як по команді одночасно повертаються ліворуч.

Рухами мікробів справді керують. Цим займається вчений, що сидить за пультом - професор Політехнічної школи Монреаля Сільван Мартель. Створена канадським вченим установка контролює переміщення бактерій з допомогою магнітного поля з точністю до тисячних часток міліметра. Нещодавно дослідник показав свій прилад у дії. 5000бактерій узгоджено пересували в краплі води мікроскопічні полімерні блоки та склали з них мініатюрну будову.

Це лише початок випробувань. Найближчим часом таку «робочу силу» можна буде застосувати з більшою користю – у медицині. Вже багато років у лабораторіях по всьому світу намагаються створити мікророботи, які змогли б виконувати різні операції всередині організму пацієнтів. Далі найпростіших прототипових інженерів справа поки не пішла. Тепер вчені отримали можливість піти обхідним шляхом – на зміну складним та неефективним пристроям приходять мікроорганізми.

Зведенебактеріямибудівництво можна розглянути тільки під мікроскопом. Воно нагадує єгипетську піраміду. Подібність невипадкова. «Піраміди – один із перших кроків людини до створення справді складних конструкцій, – розповідає Сільван Мартель. – Ми подумали, що буде символічно, якщо мікроорганізми виконають саме таке завдання». Справжні піраміди споруджували багато років. Бактерії впоралися з моделлю за 15 хвилин. Це, незважаючи на те, що будівельні блоки були значно більшими за самих «робітників».

Мікроорганізми працювали спільно. Під мікроскопом 5000бактерій виглядали як суцільна темна хмара. Ось цей рій нависає над однією з «цегли». Наступної секунди мікроби починають повільно, але правильно штовхати блок на задане в кресленні місце. «Ми поки що лише обкатуємо технологію, – каже Мартель. - У принципі, все те саме можна робити значно швидше».

Секрет успіху - у визначних здібностях цих мікроорганізмів. Канадські вчені використовують у роботі бактерії Magnetospirillum magnetotacticum. «Виявилося, це справжні рекордсмени, – пояснює Мартель. - Вони рухаються на порядок швидше за інші бактерії». Крім того, ці мікроорганізми чутливі до магнітних полів - вони у великих кількостях накопичують у собі сполуки заліза. Вчені поки не дуже добре розуміють, навіщо це потрібно самим мікробам. Проте тепер зрозуміло, як таку особливість може використовувати людина. За допомогою магнітного поля Мартель змушує бактерії розгортатися в потрібну сторону. Далі вони рухаються самостійно - у них є спеціальні джгутики, які працюють як гребні гвинти кораблів.

Вони можуть переміщатися у краплі води під мікроскопом. Канадський вчений ввів бактерії кров лабораторних щурів і за допомогою магнітного поля змусив мікробів маневрувати в судинах. Виявилося, що бактерії здатні рухатися навіть проти течії. Щоправда, долати потік їм вдавалося лише у невеликих капілярах, де кров циркулювала повільно. У великих артеріях «плавців» безнадійно зносило – швидкість рідини там сягала кількох десятків сантиметрів на секунду. Розмножуватися в крові ці мікроби не здатні, тому на здоров'я гризунів їхня присутність не вплинула. Мікроорганізми деякий час рухалися судинами, а потім загинули.

Ефективність бактеріальних двигунів позаздрить будь-який інженер. «Головна проблема, про яку розбиваються спроби створити медичних мікророботів, – їх габарити, – міркує Володимир Лобаскін, фізик з Університетського коледжу Дубліна. – Вимоги до розміру цих пристроїв такі, що для них дуже непросто створити досить потужний двигун». Сам Лобаскін займається теоретичними розрахунками ефективності саме таких мікроскопічних двигунів. "Технічні характеристики" бактерій Мартеля справили на фізика велике враження: "Це практично готова система для вирішення медичних завдань".

Схоже, розробникам справжніх мікророботів це дійсно нічим відповісти. Один з останніх прототипів був створений кілька років тому в швейцарському Інституті робототехніки інтелектуальних систем. Він є крихітною металевою спіралью, яку можна розглянути тільки під дуже потужним мікроскопом. Потрапивши в змінне магнітне поле, вона починає обертатися і працювати як пропелер. Напрямком руху цього пристрою також можна керувати за допомогою магнітів.

Згодом розробники розраховують використовувати його для доставки ліків у різні тканини. людського організму. Поки що виходить не дуже добре. Ці вироби приблизно в десять разів повільніші за «живі роботи», з якими працюють у Канаді. Про маневри у кровоносних судинах говорити навіть не доводиться. У цьому немає нічого дивного, впевнений Мартель. За мільйони років еволюція добре попрацювала над бактеріями. Швидко створити такий самий досконалий штучний пристрій буде дуже непросто.

Саме тому біотехнології з корейського Національного університету Чуннам спробували поєднати у своїй роботі два протилежні підходи. Створений іміпрототипмедичногоМІКРОРОБОТА побудований з синтетичного полімеру та клітин серцевого м'яза людини - кардіоміоцитів. Клітини натягнуті на гнучкий пластиковий каркас на спеціальних ніжках. Скорочуючись, клітини надають руху всю конструкцію, і пристрій починає перебирати ногами. Розробники припускають, що в майбутньому подібні роботи зможуть подорожувати по кровоносних судинлюдини, чіпляючись за стіни. Функціонувати такі вироби зможуть дуже довго – «клітинний двигун» використовує як паливо розчинену в крові глюкозу.

«Усього кілька років тому розмови про роботи, що доставляють ліки в певні точки організму, здавалися фантазіями, - каже Олексій Сніжко, фізик з Аргонського національної лабораторії (США). - Тепер зрозуміло, що найближчим часом їх почнуть випробовувати на людях».

Як це виглядатиме, зрозуміло вже зараз. В одному з останніх дослідів Сільван Мартель та його колеги ввели бактерії в організм хворий на рак щура. А потім помістили її до медичного томографа. Ці прилади використовують сильні магнітні полядля побудови тривимірних карток організму пацієнта. Після невеликої переробки установка перетворилася на командний пункт для мікробів. З її допомогою вчені провели бактерії за кровоносною системою гризуна прямо в район пухлини. Мікроорганізми доставили до ураженої області навчальний вантаж - флуоресцентну речовину. Незабаром Мартель планує повторити експеримент. На цей раз бактерії будуть нести протипухлинний препарат.

Також нанотехнологи продемонстрували досить вражаючі зразки електронної шкіри. Електронна шкіра вперше відчула дотик метелика.

Решітка з найтонших напівпровідникових ниток, поєднана з електродами і змінює у відповідь тиск провідність гумою типу PSR (вгорі) перетворена каліфорнійськими умільцями в "клапоть шкіри" (внизу) (ілюстрації Kuniharu Takei et al./Nature Materials).

На цьому малюнку шкіри робота кожен чорний квадратик відповідає одному "пікселю", елементарній точці, що відповідає за дотик (ілюстрація Ali Javey and Kuniharu Takei, UC Berkeley). не впустивши його і не роздавивши (ілюстрація Ali Javey, Kuniharu Takei/UC Berkeley).

Ще одна ілюстрація чутливості стенфордського сенсора: він реєструє дотик перуанського метелика Chorinea faunus (фото L.A. Cicero/Stanford University).

Вже чимало копій зламано навколо проблеми створення робототехнічного аналога найбільшого органу людини. Головне питання– як відтворити неймовірну чутливість шкірного покриву, який може відчути подих вітерця від комахи, що пролетіла? Нещодавно дві дослідні групи з Каліфорнії одночасно оголосили про свої вражаючі відповіді.

Перша команда, з Каліфорнійського університету в Берклі, обрала як ключовий елемент для своєї штучної шкіри нанопроводки. Як повідомляють вчені в прес-релізі, вони виростили крихітні германієві та кремнієві нитки на спеціальному барабані, а потім прокотили цим валиком по підкладці – клейкою поліімідній плівці.

У результаті вчені отримали еластичний матеріал, у структуру якого були включені нанопроводки, що відіграють роль транзисторів.

Поверх них дослідники нанесли ізолюючий шар з періодичним малюнком з тонких отворів, а ще вище – чутливу до дотику гуму (PSR). бутерброд тонкою алюмінієвою плівкою – фінальним електродом. (Подробиці автори системи представили в статтях Nature Materials). Такий еластичний набір здатний визначати і точно локалізувати ділянки, до яких прикладається тиск. Ім'я ця шкіра отримала банальне та передбачуване – e-skin. Нова технологіядозволяє використовувати в якості підкладки безліч матеріалів, від пластику до гуми, а також включати до її складу молекули різних речовин, наприклад, антибіотиків (що може виявитися дуже важливим). пікселів. У кожному з яких містилися сотні наноштирів. Така система виявилася здатною реєструвати тиск від 0 до 15 кілопаскалей.

Алі Джавей (Ali Javey), голова проекту e-skin у Берклі (фото UC Berkeley)

Вчені вказують на певну перевагу своєї розробки перед аналогами. Більшість таких проектів покладається на гнучкі органічні матеріали, яким для роботи потрібна висока напруга.

Синтетична шкіра з Берклі – перша, виготовлена ​​на основі монокристалічних неорганічних напівпровідників. Вона функціонує при напрузі всього 5 вольт. Але що ще цікавіше – досвід показав, що e-skin витримує до 2000 вигинів із радіусом 2,5 міліметра без втрати чутливості.

Як очевидна сфера застосування в майбутньому такої шкіри можна припустити чутливі маніпулятори, здатні оперувати крихкими предметами.

Надакуратну кібернетичну руку можна додатково оснастити датчиками тепла, радіоактивності, хімічних речовин, покрити тонким шаром ліків та використовувати на "пальцях" роботів-хірургів або рятувальників.

В останньому випадку (при роботі роботів з людьми) дуже важливим з точки зору безпеки виявиться той факт, що електронна шкіра з Берклі, як і людська, відчуває дотик майже миттєво (протягом мілісекунд). Теоретично вона може повністю покривати маніпулятор робота або навіть всю машину.

Внизу: така проста полімерна плівка з алюмінієвими провідниками послужила відправною точкою в побудові нової шкіри (фото L.A. Cicero/Stanford University, Stefan C. B. Mannsfeld et al./Nature Material)

Друга розробка, родом із Стенфордського університету, використовує інший підхід. Як повідомляють вчені в прес-релізі, вони помістили між двома електродами шар високоеластичної формованої гуми.

Така плівка накопичує електричні заряди подібно до конденсатора. Тиск стискає гуму - а це, у свою чергу, змінює кількість електричних зарядів, які здатний зберігати сандвіч, що визначає електроніка завдяки набору електродів.

Описаний процес дозволяє виявити найлегший дотик, що вчені довели досвід. Вони використовували як "тестер" мух. В ході експерименту квадратна матриця зі стороною в сім сантиметрів і в міліметр товщиною відчувала посадку комах, що важать всього 20 міліграмів, і реагувала на їх торкання з високою швидкістю.

Під мікроскопом матриця схожа на поле, усеяне гострими пірамідками. У такому матеріалі цих пірамідок може бути від сотень тисяч до 25 мільйонів на квадратний сантиметр, залежно від необхідного просторового дозволу.

Такий прийом (замість застосування суцільного шару гуми) був необхідний, оскільки монолітний матеріал, як з'ясувалося, втрачав свої властивості при стисканні – точність реєстрації зарядів падала. А вільний простір навколо мікроскопічних пірамід дозволяє їм легко деформуватися та відновлювати вихідну форму після зняття навантаження.

Гнучкість та міцність стенфордської електронної шкіри виявилися дуже високі. Її не можна розтягувати, але можна згинати, обернувши нею, наприклад, руку робота.

А тому як сфери застосування своєї розробки вчені бачать знову ж таки хірургічних роботів. Але не тільки. Штучна шкіра могла б стати основою електронних бинтів, - міркують американські дослідники, - здатних подавати сигнал при надто слабкому чи небезпечно сильному затягуванні. А ще подібні рецептори могли б точно фіксувати ступінь стиснення руками кермового колеса, вчасно попереджаючи водія, що він засинає.

Обидві команди стверджують, що ще продовжать розвивати цей напрямок експериментів. Так що роботи майбутнього, мабуть, все ж таки отримають шкіру, наближену за можливостями до людської. І нехай зовні вона помітно відрізнятиметься від нашої – її чутливість надасть нового сенсу поняття робот-андроїд.

Сенсаційну заяву надала компанія з виробництва відеокарт для комп'ютерів. Не встигли написати про першу хірургічну операцію, проведену виключно «руками» роботів, як NVIDIA приготувала іншу «бомбу» зі світу медицини. На каліфорнійській конференції GTC 2010 виробник графічних чіпів озвучив дуже сміливу ідею – проводити операцію на серці… без зупинки серця та розтину грудної клітки!

Робот-хірург вироблятиме операцію за допомогою маніпуляторів, підведених до серця через невеликі отвори в грудях пацієнта. Технологія візуалізації «на льоту» оцифровує серце, що б'ється, демонструючи хірургу тривимірну модель, за якою він може орієнтуватися точно так, як якби дивився на серце через розкриту грудну клітину. Основна складність полягає в тому, що серце здійснює велику кількість рухів за короткий час - Але, за словами розробників, потужності сучасних обчислювальних систем на базі графічних процесорів NVIDIA вистачить, щоб візуалізувати орган, синхронізуючи рух інструментів робота з биттям серця. За рахунок цього створюється ефект нерухомості – хірургу все одно, «коштує» серце або працює, адже маніпулятори робота здійснюють аналогічні рухи, компенсуючи биття!

Поки вся інформація про цю неймовірну технологію складається з коротенької відеодемонстрації, але ми з нетерпінням чекатимемо нових відомостей від NVIDIA. Хто б міг подумати, що зробити революцію в хірургії задумала компанія-виробник відеокарт.

А японські умільці не перестають дивувати приємними новинками. Нове робот-ведмежа носить людей на руках

Японці зупинилися на "сприятливому іміджі плюшевого ведмежа", вважаючи, що людиноподібний робот тільки лякатиме пацієнтів (фото RIKEN, Tokai Rubber Industries)

Японський інститут фізичних та хімічних досліджень (BMC RIKEN) та компанія Tokai Rubber Industries (TRI) вчора представили "ведмежоподібного" робота, призначеного для надання допомоги медсестрам у лікарнях. Нова машина буквально носить пацієнтів на руках.

RIBA (RobotforInteractiveBodyAssistance) - це вдосконалена версія андроїда RI-MAN.

<...>Порівняно з попередником RIBA серйозно просунувся вперед.

Як і RI-MAN, новачок здатний акуратно піднімати людину з ліжка або інвалідного крісла, переносити його на руках, наприклад, у туалет, а потім доставляти назад і так само дбайливо укладати в ліжко або садити в коляску. Але якщо RI-MAN носив лише зафіксованих у певному положенні ляльок вагою 18,5 кг, RIBA вже транспортує живих людей до 61 кіло.

Зростання "ведмедя" 140 сантиметрів (RI-MAN - 158 см), і важить він разом із акумуляторами 180 кілограмів (попередник - 100 кг). RIBA розпізнає обличчя та голоси, виконує голосові команди, орієнтується за зібраними відео- та аудіоданими, які обробляє у 15 швидше, ніж RI-MAN, та "гнучко" реагує на найменші зміни у навколишньому середовищі.

Руки нового робота мають сім ступенів свободи, голова - один (пізніше буде три), в талії два ступеня. Корпус покритий розробленим TRI новим м'яким матеріалом на кшталт поліуретанової піни. Двигуни працюють досить тихо (53,4 дБ), а всеспрямовані колеса дозволяє машині маневрувати в обмеженому просторі.

Та й само собою без протезування в медицині нікуди. Тому і тут є свої вчені та інженери, які безустно розробляють нові пристрої. А саме, Лабораторія прикладної фізики ім. Д. Хопкінса піднесла новий сюрприз. У ході спільної реалізації проекту DARPA та Лабораторія прикладної фізики ім. Д. Хопкінса (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, APL) підготували до початку тестування за участю людей чергове покоління протезу руки, назване Modular Prosthetic Limb (MPL). За задумом розробників, штучна кінцівка повністю управлятиметься мозком за допомогою вживлених у нього сенсорів і навіть забезпечуватиме тактильні відчуття за рахунок посилки електричних імпульсів із зовнішніх сенсорів у відповідну ділянку кори головного мозку. Минулого місяця APL заявила про укладання контракту на 34,5 млн дол. з DARPA, що має дозволити дослідникам провести тестування своєї розробки на п'яти особах протягом наступних двох років.

Очікується, що третя фаза тестування – випробування за участю людей – дозволить внести удосконалення як у систему управління нейропротезом, так і алгоритм генерації сигналів зворотного зв'язку. MPL, що пройшов стадію багаторічного прототипування, підтримує 22 різновиди рухів, незалежне управління кожним пальцем і важить стільки ж, скільки справжня людська рука (близько 4 кілограмів). Дослідники планують розпочати тестування, оснастивши протезом паралізованого пацієнта. Реалізовані досі нейропротези були розраховані на заміну ампутованим кінцівкам, тоді як MPL дозволяє охопити більше випадків, включаючи недуги, пов'язані з порушеннями нормальної діяльності. спинного мозку, оскільки сигнали управління «знімаються» безпосередньо з головного мозга.В ході вдосконалення розробки дослідникам доведеться вирішити ще чимало труднощів і складнощів, як відомих, і тих, які, безсумнівно, будуть виявлено у процесі тестування. Серед подібних проблем – малий термін життя існуючих на сьогоднішній день нейроінтерфейсів. Впроваджені в рідкі тканини організму кремнієві чіпи досить інтенсивно руйнуються, виходять з ладу і потребують заміни приблизно кожні два роки. Раніше в цьому році DARPA анонсувала програму Histology for Interface Stability Over Time, завданням якої названо збільшення терміну служби нейроімплантатів до 70 років. Так, наприклад, Пітсбурзький університет вже виконав роботи з вживлення мавп імплантатів, що дозволяють контролювати руки робота, Каліфорнійський технологічний інститут допоможе в розробці дизайну інтерфейсу мозок-комп'ютер, а Чикагський університет візьме участь у реалізації системи тактильних датчиків.

Поступово будуть впроваджені роботи помічники, завданням яких буде безпосередня допомога лікарям, дані моделі вже використовуються в деяких клініках зарубіжної медицини. Yurina, робот від японської компанії Japan Logic Machine, здатний переносити лежачих пацієнтівна кшталт лікарняної каталки, тільки набагато плавніше.

Що ще цікавіше, Yurina може трансформуватися в інвалідне крісло, кероване з тачскріну, контролера чи голосом. Робот досить спритний, щоб переміщатися у вузьких коридорах, що робить його справді непоганим помічником для справжніх лікарів. Окремо варто згадати відеодемонстрацію, яку обов'язково варто дивитися із включеним звуком. Чим керувалися режисери ролика, супроводжуючи відеоряд такою зловісною музикою, ми не дізнаємося ніколи – проте поєднання «доброго робота» та абсолютно недоречної звукової доріжки точно забезпечить вам порцію здорового сміху.

Приємною новиною став винахід роботизованих інвалідних крісел, за допомогою спеціальних датчиків цим кріслом управляти набагато зручніше, проте новинка вимагає деяких доробок, які в найближчому майбутньому будуть здійснені.

Одним із самих приємних дніву житті собаківника можна вважати такою, коли чотирилапий улюбленець повністю освоїть слідування за господарем і супроводжуватиме його завжди і скрізь, не вимагаючи постійного смикування повідцем. А завдяки старанням команди вчених з Університету Саїтами (Saitama University) подібну концепцію тепер можна застосовувати і до інвалідних крісел.

Роботизоване крісло несе на борту камеру і датчик визначення відстані, за допомогою чого система відстежує положення плечей людини, що йде поруч із кріслом. За рахунок цих пристроїв крісло "розуміє", в якому напрямку рухається людина, відповідно повторюючи його шлях. Для сидить у кріслі такий спосіб переміщення виходить приємнішим, оскільки інвалідне крісло рухається плавно, а не штовхається вперед супутником.

Робо-крісло здатне також огинати перешкоди, щоправда, до певної міри. Ідея, безперечно, хороша, проте вимагає деякого доопрацювання. Уявіть таку ситуацію: людина сидить у кріслі, а помічник у цей час з кимось жваво розмовляє та жестикулює (відповідно, здійснюючи рухи тулубом, плечима та руками). Невже крісло буде весь час «елозити» з боку на бік, повторюючи рухи плечей помічника? Творцям безперечно є над чим попрацювати.

Висновок

Значення роботів – помічників для людини.

Роботи помічники відіграють величезну роль у сучасній медицині. Ця галузь ще досить молода і знаходиться на початковому етапі розвитку, але, незважаючи на це, деякі розробки введені вже в усьому світі, вони успішно функціонують і приносять незамінну допомогу співробітникам медичних закладів. Головна проблема на мою думку, що якщо в розвинених країнах зі стійкою позитивною економікою ці нововведення будуть введені відразу після офіційної масової роботизації, то в країнах, що розвиваються, вони надійдуть набагато пізніше, а в країнах третього світу ці розробки дуже запізняться і в найближчому майбутньому там точно не буде цих унікальних розробок. Справа в тому, що вся ця продукція дуже дорога і для її купівлі потрібні будуть чималі фінансування, які далеко не всім країнам під силу. Тому в майбутньому потрібно порушити питання про зниження вартості даної апаратури в межах розумного, за допомогою певних конференцій та засідань глав урядів.