Construire un robot d'estomac à auto-assemblage

Les médecins ont longtemps cherché de meilleurs moyens d'examiner le fonctionnement du corps humain sans avoir à ouvrir leurs patients. Un appareil photo à avaler, un peu plus gros qu'une pilule normale, peut déjà prendre des photos lorsqu'il flotte dans l'estomac et l'intestin, offrant un moyen moins invasif d'effectuer un diagnostic qu'un endoscope ou une intervention chirurgicale. Aujourd'hui, un consortium de chercheurs européens teste un moyen de connecter plusieurs dispositifs avalables pour créer un robot chirurgical qui s'auto-assemblerait à l'intérieur de l'estomac.

Connecté: En utilisant des liens magnétiques entre les capsules, les chercheurs espèrent construire un robot semblable à un serpent qui peut s'auto-assembler à l'intérieur de l'estomac d'un patient.

La société israélienne qui a développé les premières caméras pilules, Given Imaging, travaille actuellement sur un moyen de contrôler le mouvement de sa capsule de caméra depuis l'extérieur du corps. Plusieurs groupes de recherche universitaires étudient également des moyens de laisser les capsules à avaler se manœuvrer en roulant, en rampant ou en se collant aux tissus. Avec un meilleur contrôle, les médecins devraient être en mesure de mieux diagnostiquer et peut-être même de traiter la maladie. Mais les capacités de tels dispositifs intestinaux seront toujours limitées car une capsule doit rester suffisamment petite pour être avalée confortablement.

Une collaboration de chercheurs d'Italie, de France, de Suisse et d'Espagne, appelée ARES , teste un moyen pour que plusieurs capsules s'emboîtent automatiquement. Chacun serait avalé individuellement avant d'être assemblé dans un dispositif plus complexe une fois en toute sécurité dans l'estomac.

Le but ultime est que chaque capsule effectue une tâche différente : une pour l'imagerie, une pour l'alimentation, une pour prélever des échantillons, etc. Une fois à l'intérieur de l'estomac, les capsules se relieraient, créant un dispositif semblable à un serpent qui pourrait glisser dans les intestins, effectuant des tâches plus complexes que celles effectuées par une seule capsule ou plusieurs capsules flottantes.

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Au lieu d'avoir une seule capsule, nous proposons une approche modulaire où chacune des capsules pourrait avoir des fonctionnalités différentes, dit Zoltán Nagy , chercheur à l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPF), à Zurich, et membre du projet ARES. Avant de pouvoir parler de robots aussi complexes à l'intérieur de l'estomac, nous devons résoudre le problème fondamental de l'auto-assemblage. Notre travail suggère une [façon que] cela puisse être fait de manière robuste, dit Nagy.

Le groupe ETH a décidé d'utiliser des aimants pour connecter ses modules, car ils ne nécessitent pas d'alimentation à bord et peuvent être facilement surveillés de l'extérieur du corps.

Pour trouver la meilleure conception pour les capsules auto-assemblantes, les chercheurs ont testé différentes conceptions dans un modèle en plastique de l'estomac rempli de liquide. Ils ont effectué environ 50 tests pour chacune des 12 configurations différentes de taille de module, de type d'aimant et de disposition des aimants. Un seul aimant avec son axe positif-négatif à la surface d'une capsule plus longue fonctionnait le mieux, avec un taux de réussite de 75 pour cent pour relier les deux capsules ; la modification du module magnétique pour le rendre plus flexible a augmenté ce chiffre à 90 pour cent. Le groupe présentera les détails des modules de liaison cette semaine lors de la Conférence internationale sur les robots et systèmes intelligents en France.

[Le] travail est intéressant en tant que concept car des robots modulaires s'assemblant à l'intérieur du corps pourraient permettre des applications robotiques plus flexibles et complexes liées au gastro-intestinal, dit Metin Sitti , un scientifique qui travaille sur la préhension de capsules robotiques à l'Université Carnegie Mellon. Les capsules actuelles grossissent généralement en ajoutant plus de fonctionnalités… L'assemblage de modules aurait [moins] de tels problèmes.

Test de l'estomac : Des chercheurs de l'Institut fédéral suisse de technologie de Zurich ont utilisé un estomac en plastique pour voir quelle conception magnétique se lie le mieux dans un espace limité rempli de liquide.

L'une des principales contraintes [de la capsule d'imagerie à avaler] est la batterie, explique Milan Dodig , gastro-entérologue à la Cleveland Clinic, qui utilise l'appareil pour soigner ses patients. Il prend près de 60 pour cent du volume de la capsule ; ce n'est pas orientable [et] peut encore manquer des choses. L'angle des images est également limité et vous ne pouvez pas voir l'intégralité de l'intestin.

L'équipe de l'ETH a pu détecter à quel point les modules étaient bien reliés entre eux en surveillant les modifications du champ de chaque aimant. Avec [cette] méthode simple, je peux détecter si l'un est connecté, ce qui signifie que je peux créer une image sur l'ordinateur, explique Nagy.

La prochaine étape de la recherche consistera à s'assurer que les aimants ne nuisent pas aux tissus lorsqu'ils se verrouillent ensemble. Il s'agira de tester le système dans un estomac artificiel en mouvement ou un estomac d'animal fourni par un groupe partenaire. L'équipe doit également trouver un moyen de contrôler l'agencement des capsules.

Quelque chose comme ça qui pourrait être avalé, auto-assemblé et contrôlé à distance serait une avancée majeure, dit Joseph Murray , gastro-entérologue à la clinique Mayo, qui n'a pas participé aux travaux. Cependant, il dit que ce sera un défi d'utiliser les aimants en toute sécurité.

Il existe une forte demande de la part des médecins pour une caméra orientable et contrôlée par le mouvement, ajoute Frank Volke, chef de projet à l'Institut Fraunhofer de génie biomédical, à Sankt Ingbert, qui contribue à développer une technique de pilotage de la caméra pilule de Given Imaging en le contrôlant magnétiquement. Je pense que c'est une approche de recherche scientifique très intéressante qui pourrait prendre plus de temps pour une utilisation pratique, dit Volke à propos des travaux de l'ETH.

Nagy dit que le schéma de liaison magnétique développé par son équipe pourrait également être utilisé pour construire des robots de recherche et de sauvetage qui peuvent se faufiler à travers les décombres et dans des espaces restreints. Vous pouvez imaginer ajouter quelques morceaux du robot et l'auto-assembler, dit Nagy.

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