Les millirobots en origami rapprochent les soins de santé d’une administration de médicaments ciblée avec précision

Les ingénieurs de Stanford développent de minuscules robots pour rapprocher les soins de santé de l'administration de médicaments ciblés avec précision

Millirobot origami avec propulsion tournante. Crédit : Zhao Lab

Si vous avez déjà avalé le même comprimé rond dans l’espoir de tout guérir, des crampes d’estomac aux maux de tête, vous savez déjà que les médicaments ne sont pas toujours conçus pour traiter des points douloureux précis. Alors que les pilules en vente libre ont guéri de nombreux maux pendant des décennies, les chercheurs biomédicaux n’ont que récemment commencé à explorer des moyens d’améliorer l’administration ciblée de médicaments lors du traitement de conditions médicales plus complexes, comme les maladies cardiovasculaires ou le cancer.

Une innovation prometteuse dans ce domaine en plein essor de la biomédecine est le millirobot. Ces robots de la taille d’un bout de doigt sont sur le point de devenir les futurs sauveteurs de la médecine – pour ramper, tourner et nager pour pénétrer dans des espaces étroits dans le cadre de leur mission d’enquêter sur le fonctionnement interne ou de distribuer des médicaments.

À la tête de la recherche dans ce domaine, Renee Zhao, ingénieure en mécanique à l’Université de Stanford, travaille sur de nombreux modèles de millirobot à la fois, y compris un robot rampant magnétique, qui a récemment été vu se frayer un chemin à travers l’estomac sur la couverture de Avancées scientifiques. Alimentés par des champs magnétiques, qui permettent un mouvement continu et peuvent être appliqués instantanément pour générer un couple et modifier la façon dont les robots se déplacent, ses robots peuvent sélectionner eux-mêmes différents états de locomotive et surmonter les obstacles dans le corps. En modifiant simplement la force et l’orientation du champ magnétique, l’équipe de Zhao peut envoyer le robot naviguer à travers le corps à des distances en un seul saut qui sont 10 fois la longueur du robot.






Un millirobot origami qui intègre des capacités de locomotion multimodale, de transport de fret et de livraison ciblée de médicaments. Crédit : Zhao Lab

Un aspect clé de sa recherche, l’actionnement magnétique fournit également un contrôle autonome pour un fonctionnement non invasif et sépare l’unité de contrôle de l’appareil pour permettre la miniaturisation. Zhao a déclaré que leur robot le plus récent, présenté ce mois-ci dans Communication Nature, est “le robot autonome le plus robuste et le plus multifonctionnel que nous ayons jamais développé”.

Ce nouveau “millirobot origami amphibie sans fil à rotation” est aussi multifonctionnel que son nom l’indique. Il s’agit d’une unité unique conçue avec élégance, capable de se déplacer rapidement sur les surfaces lisses et inégales d’un organe et de nager dans les fluides corporels, se propulsant sans fil tout en transportant des médicaments liquides. Contrairement aux pilules avalées ou aux liquides injectés, ce robot retient le médicament jusqu’à ce qu’« il atteigne la cible, puis libère un médicament à haute concentration », a déclaré Zhao, qui est professeur adjoint de génie mécanique. “C’est ainsi que notre robot parvient à délivrer des médicaments ciblés.”






La structure en forme d’hélice du millirobot génère une propulsion pour la natation. Crédit : Zhao Lab

Remodeler l’administration des médicaments

Ce qui est révolutionnaire à propos de ce robot amphibie particulier, selon Zhao, c’est qu’il va au-delà des conceptions de la plupart des robots basés sur l’origami, qui n’utilisent que la capacité de pliage de l’origami pour contrôler la façon dont un robot se transforme et se déplace.

En plus d’examiner comment le pliage pourrait permettre au robot d’effectuer certaines actions – imaginez un pli en accordéon qui expulse les médicaments – l’équipe de Zhao a également examiné comment les dimensions de la forme exacte de chaque pli influençaient le mouvement rigide du robot lorsqu’il n’était pas plié. En conséquence, la forme dépliée du robot se prête intrinsèquement à la propulsion à travers l’environnement. Ces considérations larges d’esprit ont permis aux chercheurs d’utiliser davantage les matériaux sans ajouter de volume – et dans le monde de Zhao, plus il y a de fonctionnalités obtenues à partir d’une seule structure dans la conception du robot, moins la procédure médicale est invasive.






Pliage d’origami comme mécanisme de pompage pour l’administration contrôlée de médicaments liquides. Crédit : Zhao Lab

Un autre aspect unique de la conception du robot est la combinaison de certaines caractéristiques géométriques. Un trou longitudinal au centre du robot et des fentes latérales inclinées vers le haut réduisaient la résistance à l’eau et aidaient le robot à mieux nager. “Cette conception induit une pression négative dans le robot pour une nage rapide et fournit en même temps une aspiration pour le ramassage et le transport de la cargaison”, a déclaré Zhao. “Nous tirons pleinement parti des caractéristiques géométriques de ce petit robot et explorons cette structure unique pour différentes applications et pour différentes fonctions.”

Sur la base de conversations avec des experts du département de médecine de Stanford, le laboratoire Zhao réfléchit à la manière d’améliorer les traitements et procédures actuels en développant de nouvelles technologies. Si ce travail va dans le sens de Zhao, ses robots fourniront non seulement un moyen pratique de distribuer efficacement des médicaments, mais pourraient également être utilisés pour transporter des instruments ou des caméras dans le corps, modifiant ainsi la façon dont les médecins examinent les patients. L’équipe travaille également sur l’utilisation de l’imagerie par ultrasons pour suivre où vont les robots, éliminant ainsi tout besoin de couper des organes ouverts.

Plus c’est petit, plus c’est simple, mieux c’est

Bien que nous ne verrons pas de millirobots comme celui de Zhao dans de vrais établissements de soins de santé tant que nous n’en saurons pas davantage sur les meilleures pratiques de conception et d’imagerie optimales, le premier nageur du genre du laboratoire a mis en évidence dans Communication Nature fait partie de leurs robots les plus avancés. Il en est actuellement aux étapes d’essai qui précèdent tout test sur des animaux vivants qui procède à des essais cliniques sur l’homme.

En attendant, l’équipe de Zhao continue de combiner une variété de nouveaux matériaux et structures intelligents dans des conceptions uniques qui forment finalement de nouveaux dispositifs biomédicaux. Elle prévoit également de continuer à réduire ses robots pour poursuivre la recherche biomédicale à l’échelle microscopique.

En tant qu’ingénieur, Zhao s’efforce de développer les structures les plus simples avec le plus de fonctionnalités. Son robot amphibie illustre cette mission, car il a inspiré son équipe à prendre davantage en compte les caractéristiques géométriques qui ne sont pas encore prioritaires pour les autres chercheurs en robots origami. “Nous avons commencé à regarder comment tout cela fonctionne en parallèle”, a déclaré Zhao. “C’est un point tout à fait unique de ce travail, et il a également une large application potentielle dans le domaine biomédical.”


Un robot pixel magnétique doux qui peut être programmé pour prendre différentes formes


Plus d’information:
Ruike Renee Zhao, millirobot origami amphibie sans fil à rotation, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30802-w. www.nature.com/articles/s41467-022-30802-w

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: Les millirobots origami rapprochent les soins de santé de l’administration ciblée de médicaments avec précision (14 juin 2022) récupéré le 14 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-origami-millirobots-health-closer-precisely.html

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