گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
به گفته پژوهشگران، میکرورباتهای هوشمند قادرند بدون نیاز به شکافهای بزرگ، به درون رگها و اندامها نفوذ کنند و عمل جراحی را انجام دهند.
پژوهشگران حوزه پزشکی و سلامت برای نخستینبار موفق شدهاند نسل تازهای از میکرورباتهای هوشمند و کاملاً خودکار را بسازند که اندازه آنها از دانه برنج نیز کوچکتر است اما تواناییهایی فراتر از تصور دارند. این واحدهای میکروسکوپی میتوانند بدون نیاز به هدایت خارجی، محیط پیرامون خود را حس کنند، اطلاعات زیستی را تحلیل کنند، تصمیم بگیرند و عمل جراحی انجام دهند. بهگفته تیم سازنده، این رباتها به تراشههایی فوقریز مجهز شدهاند که عملکردی مشابه مغز مصنوعی دارند و قادرند درون بدن انسان بهصورت مستقل حرکت کنند.
تولد میکرورباتهای هوشمند جراحی در مقیاس موی انسان
تا چندی پیش، تصور رباتهایی که بتوانند درون رگهای باریک انسان سفر کنند و با دقتی سلولی به ترمیم آسیبهای داخلی بدن بپردازند، تنها در قلمرو داستانهای علمیتخیلی ممکن بود. اما اکنون پژوهشگران دانشگاههای پنسیلوانیا و میشیگان موفق شدهاند این رؤیا را به مرحلهای از واقعیت نزدیک کنند. دانشمندان نسل تازهای از میکرورباتهای هوشمند جراحی خودکفا را ساختهاند که میتوانند بدون کنترل یا هدایت خارجی، درون بدن انسان عمل کنند و تصمیمهای مستقل بگیرند.
این پژوهش، نتیجه چند دهه تلاش متمرکز برای طراحی رباتهایی در مقیاس میکروسکوپی است که همانند سلولهای زنده بتوانند حس کنند، تحلیل کنند و واکنش نشان دهند. پیشتر، میکرورباتها یا وابسته به میدانهای مغناطیسی و لیزرهای خارجی برای حرکت بودند و یا فاقد قدرت پردازش و تصمیمگیری مستقل که اکنون، تیم مشترک دو دانشگاه توانسته است این مرز را بشکند.
رباتهای طراحیشده، ابعادی بین ۲۱۰ تا ۲۷۰ میکرومتر دارند و این یعنی باریکتر از قطر یک تار موی انسان هستند. درون این ساختار مینیاتوری، مجموعهای از تراشههای پردازنده، حسگرهای زیستی و واحدهای حرکتی میکروسکوپی جای گرفته است. این ترکیب در کنار هوش مصنوعی به رباتها اجازه میدهد تا محیط پیرامون خود را ارزیابی کرده، محرکهای شیمیایی یا دمایی را تشخیص دهند و بهصورت کاملاً خودگردان عملیات درمانی یا ترمیمی را آغاز کنند.
بهگفته پژوهشگران این میکرورباتها نهتنها در محیطهای آزمایشگاهی، بلکه در شرایط شبیهسازیشدهی جریان خون نیز عملکرد موفقی داشتهاند و توانستهاند بدون استفاده از تجهیزات بیرونی یا سیگنالهای مغناطیسی، مسیر خود را انتخاب و به مقصد تعریفشده برسند. چنین قابلیتی میتواند راه را برای انجام جراحیهای درونرگی غیرتهاجمی، ترمیم موضعی بافتها و حتی رساندن دقیق دارو به نواحی آسیبدیده هموار سازد.
ساخت صدها میکروربات از یک صفحه سیلیکونی
پژوهشگران در تولید میکرورباتهای هوشمند جراحی از همان روشی که برای ساخت تراشه رایانههای پیشرفته به کار میرود استفاده کردهاند. با استفاده از این فناوری، تمام اجزای حیاتی ربات از جمله سلولهای خورشیدی میکروسکوپی برای تأمین انرژی از نور الایدی، پردازنده مرکزی که نقش مغز را ایفا میکند، حسگرهای دما برای درک محیط و سامانه حرکتی برای تحرک دقیق، همگی بر روی یک صفحه سیلیکونی فوقنازک و در ابعادی کوچکتر از دانه برنج چاپ شدهاند.
این روش، ساخت میکروربات را از یک فرایند پیچیده به یک تولید انبوه و اقتصادی تبدیل کرده است؛ زیرا از هر صفحه سیلیکونی میشود صدها واحد ربات کامل به طور همزمان تولید کرد. این دستاورد نهتنها سرعت ساخت را چندین برابر افزایش داده، بلکه هزینه هر واحد را بهطور قابلتوجهی کاهش داده و چشمانداز تولید صنعتی میلیونها میکرورباتهای هوشمند جراحی یا تشخیصی را در آینده بسیار نزدیک فراهم کرده است.
- رباتها به کمک سربازان زخمی میشتابند؛ دارپا جراح رباتیک میسازد
- انجام موفقیت آمیز اولین پیوند قلب کاملا رباتیک جهان در عربستان
- دانشمندان با استفاده از سلولهای مغزی انسان، کامپیوتر میسازند
برای ارزیابی توانایی «فکر و تصمیمگیری مستقل» این رباتها، تیم پژوهشی آزمایشی هوشمندانه طراحی کرد. رباتها در ظرفی شفاف پر از مایع قرار گرفتند که یک سوی آن سرد و سوی دیگر گرم بود. سپس الگوریتم رفتاری ساده اما معناداری برایشان تعریف شد:
- اگر حس کردی دما در حال کاهش است، با حرکتی منحنیوار به سمت گرما پیش برو.
- اگر حرارت رو به افزایش است، در محل بمان و بهصورت چرخشی رفتار کن تا در محدوده گرم تثبیت شوی.
نتیجه فراتر از انتظار بود و در ۵۶ آزمایش متوالی، رباتها بدون هیچ فرمان خارجی یا سیگنال کنترلی، بهطور کاملاً خودکار و دقیق واکنشهای مناسب نشان دادند . آنها با تغییر شرایط دمایی محیط، جهت حرکت خود را تنظیم کردند و در هر بار بهدرستی توانستند مسیر درست به سمت منطقه گرمتر را تشخیص دهند.
جراحان میکروسکوپی با مغز داخلی
تا پیش از این، رباتهای میکرونی برای حرکت یا انجام وظایف خود به سیگنالهای مغناطیسی، میدانهای لیزری یا کنترل از بیرون وابسته بودند. اما این ربات جدید با داشتن سامانه پردازش داخلی و حسگرهای هوشمند، به نوعی خودکفا و مستقل شده است. یکی از شاخصترین ویژگیهای این پروژه، برنامهریزی چندمنظوره در یک ربات واحد است.
بهجای نیاز به طراحی مدلهای جداگانه برای هر مأموریت، این ربات توسط نرمافزار و الگوریتمهای داخلی خود میتواند چند نوع وظیفه را انجام دهد که شامل تشخیص تغییرات دما، انتخاب مسیر حرکت به سمت بافتهای گرمتر، یا واکنش به سیگنالهای شیمیایی سلولهای بیمار است. همین انعطافپذیری رفتاری، این فناوری را از نمونههای پیشین متمایز میسازد و چشماندازی از میکرورباتهای چندکاره پزشکی را به تصویر میکشد.
- دانشمندان میگویند اختاپوسها موجودات فضایی هستند!
- دانشمندان سلولهای مغزی را کشف کردند که میتوانند آلزایمر را متوقف کنند
- روانشناسان هشدار میدهند: ChatGPT توصیههای خطرناکی به بیماران میکند
- آیا نسل بشر در حال تغییر است؟ شواهد جدید از تکامل انسان در عصر مدرن پرده برداشتند
از لحاظ اقتصادی نیز بهرهگیری از همان فناوری ساخت تراشههای رایانهای تحول بزرگی ایجاد کرده است. چون تمام اجزای حیاتی میکرورباتهای هوشمند جراحی روی یک صفحه سیلیکونی فوقنازک چاپ میشود، تولید انبوه و همزمان صدها ربات از یک ویفر امکانپذیر است. این رباتها با هزینهای بسیار ناچیز نسبت به مدلهای سنتی ساخته میشوند و همین نکته مسیر تجاریسازی و کاربردهای پزشکی گسترده را سادهتر میکند. با این حال، پژوهشگران تأکید دارند راه دراز و محتاطانهای تا ورود این فناوری به عرصه پزشکی وجود دارد.
چشمانداز جراحی درونسلولی بدون کنترل بیرونی
سامانه فعلی هرچند مستقل در تصمیمگیری است، برای حرکت هنوز به منبع نور خارجی جهت تأمین انرژی نیاز دارد. بنابراین در گامهای بعدی، باید سامانه پیشرانه بیسیم و کاملاً مستقل توسعه یابد تا ربات بتواند در جریان خون یا اندامهای داخلی بدون وابستگی به محرک بیرونی عمل کند. همچنین آزمونهای ایمنی و زیستسازگاری در بدن جانداران از اولویتهای اصلی ادامه تحقیقات است.
در چشمانداز آینده، این رباتها میتوانند به جراحان میکروسکوپی خودکار بدل شوند؛ موجوداتی میلیاردها برابر کوچکتر از ابزار جراحی فعلی، که بهصورت هدفمند در بدن انسان حرکت کنند، بافتهای آسیبدیده را ترمیم نمایند، سلولهای سرطانی را نابود سازند یا دارو را در محل دقیق مورد نظر آزاد کنند.
این پژوهش که در نشریه معتبر Science Robotics منتشر شده، تنها یک گام فناورانه نیست؛ بلکه نماد عبور از مرز میان ماشین و زندگی است. با ادامه این مسیر بشر به سوی عصری میرود که میدان جراحی نه اتاق عمل، بلکه درون سلولها و مویرگها خواهد بود.