หุ่นยนต์จิ๋วขนาดเมล็ดพืช ผ่าตัด-ส่งยา-เก็บชิ้นเนื้อในร่างกายได้

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง ประเทศสิงคโปร์ (NTU Singapore) พัฒนาหุ่นยนต์ขนาดจิ๋วเท่าเมล็ดพืช ที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวอ่อนนุ่มและไม่สม่ำเสมอ พร้อมทำหน้าที่ทางการแพทย์ได้ถึง 5 รูปแบบผ่านการควบคุมแบบไร้สาย

หุ่นยนต์ดังกล่าวมีขนาดเพียง 4.4 มิลลิเมตร และควบคุมด้วยสนามแม่เหล็กอ่อน สามารถเคลื่อนที่ ตัดเนื้อเยื่อ ช่วยปล่อยยา จับและเก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อ หรือสร้างความร้อนเฉพาะจุดจากระยะไกลได้ โดยสามารถเปลี่ยนจากหนึ่งฟังก์ชันไปเป็นอีกฟังก์ชันได้ภายในเวลาไม่ถึง 1 วินาที

นักวิจัยได้ทดลองใช้ขดลวดแม่เหล็กควบคุมหุ่นยนต์จากระยะไกล ทำให้สามารถเปลี่ยนรูปแบบการทำงานของหุ่นยนต์ได้ เช่น การเปิดใช้งานใบมีดขนาดเล็กเพื่อตัดผ่านเนื้อเยื่อ หรือปล่อยความร้อนไปยังพื้นที่เป้าหมาย ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับแนวทางการรักษามะเร็งที่ใช้ความร้อนในการทำลายเซลล์ผิดปกติ

ภาพ: NTU Singapore

หนึ่งในความท้าทายของการสร้างหุ่นยนต์ขนาดเพียงไม่กี่มิลลิเมตร คือการทำให้สามารถรวมหลายฟังก์ชันไว้ในอุปกรณ์ขนาดเล็กมาก

ทีมวิจัยจาก NTU จึงพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนไหวที่ทำงานด้วยสนามแม่เหล็ก และสามารถตั้งโปรแกรมใหม่ได้ภายในเวลาไม่ถึง 1 วินาที

ตัวหุ่นยนต์ผลิตจากวัสดุแม่เหล็กแบบนุ่ม เช่น PDMS และ Ecoflex ซึ่งเป็นวัสดุซิลิโคนที่นิยมใช้ในหุ่นยนต์แบบยืดหยุ่น ที่โค้งงอและขึ้นรูปเป็นโครงสร้างขนาดเล็กได้ 

วัสดุเหล่านี้ถูกผสมด้วยอนุภาคแม่เหล็กขนาดเล็กมาก โดยแต่ละอนุภาคมีขนาดประมาณ 5 ไมโครเมตร ทำให้ส่วนต่าง ๆ ของหุ่นยนต์สามารถตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กได้ 

นอกจากนี้ หุ่นยนต์ของ NTU เพิ่มความสามารถในการเคลื่อนไหวรูปแบบที่ 6 คือการกลิ้งหรือหมุนรอบแกนยาวของตัวเอง ทำให้สามารถปรับตำแหน่งได้ละเอียดขึ้น ความสามารถนี้มีความสำคัญต่อการเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่แคบ อ่อนนุ่ม และมีลักษณะไม่สม่ำเสมอ เช่น ภายในร่างกายมนุษย์ และทิศทางของสนามแม่เหล็กแต่ละแบบจะกระตุ้นการทำงานที่แตกต่างกัน ทำให้หุ่นยนต์ตัวเดียวสามารถทำหน้าที่ได้หลายอย่าง เช่น ตัดและจับเนื้อเยื่อ

ทีมวิจัยทดสอบความสามารถด้านการแพทย์ของหุ่นยนต์ด้วยแบบจำลองเนื้อเยื่อ เช่น ตับไก่ และวัสดุที่ทำจากเจลาตินซึ่งเลียนแบบเนื้อเยื่ออ่อน โดยหุ่นยนต์สามารถตัดผ่านเนื้อเยื่อ ปล่อยอนุภาคที่จำลองการส่งยา จับและเก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อ รวมถึงสร้างความร้อนเฉพาะจุดเมื่อได้รับการกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็ก

ทีมวิจัยยังประเมินความเข้ากันได้ทางชีวภาพของวัสดุที่ใช้สร้างหุ่นยนต์ โดยนำวัสดุดังกล่าวไปทดสอบกับเซลล์ผิวหนังมนุษย์ในห้องทดลอง ผลพบว่า มากกว่า 99 เปอร์เซนต์ ของเซลล์ยังคงมีชีวิตหลังสัมผัสกับวัสดุของหุ่นยนต์ แสดงให้เห็นว่าวัสดุดังกล่าวมีความเป็นพิษต่ำภายใต้เงื่อนไขการทดลอง

นักวิจัย มองว่า เทคโนโลยีนี้อาจมีศักยภาพในการทดแทนบางส่วนของการผ่าตัดผ่านสายสวนทางรังสีวิทยา และกลายเป็นแนวทางการรักษารูปแบบใหม่ในอนาคต