Miniatür robotlar müasir təbabətə yeni anlayış gətirəcək

Kiçik robotların bədənimizdə xəstəlik olan nahiyələrdə, məsələn, şişin içində, tutulmaq üzrə olan damarlarda, hətta bağırsaqlarımızda işlədiyini, lazımi bərpa işlərini gördüyünü, müxtəlif dərmanları yalnız həmin xəstə sahələrə aparıb buraxdığını təsəvvür edin. Əslində bu mövzu indiyədək bir neçə elmi-fantastik filmdə işlənib. Amma xəyal məhsulu kimi səslənən bu fikirlər gələcəkdə gerçəkləşəcək kimi görünür.

Kiçikölçülü tibbi robotlar arasında millirobotlar daxillərindəki hissələrin ölçüsü 1 millimetr və daha böyük olan robotlardır. Mikrorobotlar isə çox kiçikdir, belə ki, ölçüləri 1 mikrometrdən 1 millimetrə qədər dəyişə bilir.

Qeyd: Bu robotların millirobot adlandırılmasının səbəbi ilk prototiplərinin quruluşunun qırxayaqlara bənzədilməsidir. Latınca “mille (min)”–“pedes (ayaq)” “qırxayaq” mənasını verir.

Miniatür robot növləri

Kapsul endoskoplar

Millirobotlara yaxşı nümunə kimi kapsul endoskopları göstərmək olar (Şəkil 1). Hazırda kapsul endoskopiyasının getdikcə daha sürətlə klinik praktikaya daxil olduğunu görürük. Həb ölçüsündə olan və kamerası olan bu robotlar udulduqdan sonra mədə və bağırsaqlarımızdan keçərkən onları çəkir və görüntüləri adətən bədəndən kənardakı qeyd cihazına göndərir. Sonra həkimlər bu görüntüləri araşdıraraq mədə-bağırsaq xəstəliklərinə diaqnoz qoya bilirlər. Klassik endoskopik üsullarla müqayisədə ən böyük üstünlüyü xəstə rahatlığıdır. Gələcəkdə təkmilləşdirilməli əsas çatışmazlıqları xəstəlik nahiyəsindən biopsiya nümunəsi götürə və müdaxiləvi müalicə apara bilməməsidir. Bununla yanaşı, biopsiya edə bilən kapsul endoskoplar da hazırlanır.

Maqnit cərəyanı ilə yönləndirilən yumşaq robotlar

Başqa nümunə yaxın vaxtlarda hazırlanmış ferromaqnit yumşaq fasiləsiz (continuum) robotlardır. Bu robotlar nazik və uzundur. Əslində kateterlərə bənzəyirlər (Şəkil 2). Quruluşlarındakı maqnit materialı sayəsində xaricdən tətbiq edilən maqnit sahəsi ilə hərəkət etdirilə bilirlər. Tədqiqatçılar ötən il bu robotları beyin damar quruluşunu təqlid edən cansız modeldə yönləndirə bildiklərini göstəriblər. Onların xüsusilə beyin damar anevrizmalarında (baloncuk) və kəskin işemik insultlarda (beyin iflici) qan laxtasının mexaniki açılmasında istifadəsi nəzərdə tutulur.

Tibbi mikrorobotlara baxdıqda daha geniş çeşid görürük. İndiyədək çoxlu prototip yaradılıb. İstifadə sahələri dərman molekullarının çatdırılmasından immun hüceyrələrinin hərəkət etdirilərək istənilən xəstəlik nahiyəsinə daşınmasına qədər dəyişir.

Mikroüzgüçü robotlar

Əslində əksər prototiplərdə tədqiqatçılar əsas problemlərin həllinə diqqət yetirirlər. Məsələn, bu kiçik robotların hərəkət etdirilməsi, yönləndirilməsi, bioloji membran və maneələrin aşılması, dərman molekullarının yüklənməsi, immun hüceyrələrinin yad strukturlara verdiyi cavabdan yayınmaları kimi çoxlu problem mühəndislərin və alimlərin qarşısına çıxır.

Miniatür robotlar sahəsində qabaqcıl alimimiz Prof. Dr. Metin Sitti və tədqiqatları

Bu sahədə tədqiqatları ilə ölkəmizi qürurlandıran Prof. Dr. Metin Sitti və komandası Almaniyadakı Max Planck İnstitutunda gündən-günə səs gətirən işlər görürlər. Yaxın vaxtlarda dərc edilmiş tədqiqatlarında mikroswimmer-mikroüzgüçü spiral mikrorobotların quruluşundakı fərqli burulma sayının immun hüceyrələrində fərqli cavablara səbəb olduğunu və spiral burulma sayını dəyişdirərək mikrorobotların orqanizmin immun hüceyrələrindən yayına bildiyini göstəriblər (Şəkil 3). Beləliklə, mikrorobotların insan bədənində təhlükəli allergik reaksiyalar yaratma riskini azaltmağı hədəfləyirlər.

Mikroyuvarlanan robotlar

Yenə bu il Metin Sitti və komandası Science Robotics elmi jurnalında dərc edilmiş tədqiqatlarında microroller-mikroyuvarlanan robotlarınqan axını altında dərman çatdırılmasında istifadə oluna biləcəyini irəli sürdülər (Şəkil 4). Bu mikrorobotların nüvəsi silisium dioksiddən ibarətdir, xarici səthi isə qızıl/nikellə örtülüb.

Bu robotlar maqnit sahəsi ilə hərəkət etdirilir və silisium dioksid hissəsinə hədəfə yönəlik müalicə vasitələri yüklənə bilir; onların qan damarları içində yuvarlanaraq hərəkət edə biləcəyi nəzərdə tutulur. Sitti və komandası da bunları təcrübi sınaqdan keçirmək üçün laboratoriyada canlı mühitləri təmsil edən modellərdən istifadə edirlər.

Bakteriyaların mikrorobot kimi istifadəsi

Hazırladıqları digər sistem belədir: insanın qırmızı qan hüceyrələrinə (eritrositlərə) bakteriyaların bağlanması (biotin-avidin kompleksi vasitəsilə; bu bağ qeyri-kovalent bağlar arasında məlum ən yüksək bağlanma gücünə malik formadır), eritrositlərə maqnit sahəsi ilə yönləndirilə bilən dəmir oksidlərinin yüklənməsi, eyni zamanda eritrositlərin içinə, məsələn, xərçəngə qarşı dərman doksorubisinin yüklənməsi. Bakteriya flagellaları (qamçıları) hərəkət üçün lazım olan enerjini təmin edir, maqnitlə yönləndirmə isə bu strukturların bədənin istənilən nahiyəsinə daşınmasını mümkün edə bilər (Şəkil 5).

Nəticə olaraqgöründüyü kimi, bu sahədə çoxlu prototip hazırlanır və təcrübələr davam edir. Lakin tibbi mikrorobotların gələcəkdə inqilabi müalicələrə yol aça bilməsi üçün qarşımızda uzun yol ola bilər, çünki bu sahə hazırda ilkin problemlərin həlli ilə məşğuldur, tədqiqatların in vivo (canlı) modellərdə sınağına da hələ başlanmayıb. Yenə də başgicəlləndirici sürətlə aparılan tədqiqatlar gələcəyə ümidlə baxmağa inandırır.

Metin Sitti kimdir?

Prof. Metin Sitti bakalavr və magistr dərəcələrini Boğaziçi Universitetinin Elektrik-Elektronika Mühəndisliyi Bölməsindən, doktorluq dərəcəsini isə 1999-cu ildə Tokio Universitetinin Elektrik Mühəndisliyi Bölməsindən alıb. Amerikada Berklidəki Kaliforniya Universitetində 1999-2002-ci illərdə doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı və müəllim, Carnegie Mellon Universitetində isə 2002-2016-cı illərdə professor işləyib. 2014-cü ildən Almaniyadakı Max Planck Cəmiyyətinin Ağıllı Sistemlər İnstitutunda direktor işləyir. 2018-ci ildən həmçinin Koç Universitetinin tibb və mühəndislik fakültələrində yarımştat professor işləyir. Tədqiqatları tibbi mikrorobotlar və cihazlar, təbiətdən ilhamlanan miniatür robotlar və yumşaq robotlar kimi mikrorobotika və ağıllı sistemlər çərçivəsində çox müxtəlif mövzuları əhatə edir. İxtira etdiyi, gekkon kərtənkələsinin ayaq tüklərindən ilhamlanan mikrolif yapışqanları kommersiyalaşdırmaq üçün 2009-cu ildə Amerikada nanoGriptech A.Ş. adlı startap şirkətini qurub və bu çox innovativ yapışqan 2018-ci ildən bazarda bir çox məhsulda istifadə edilir.

Metin Sitti-nin çoxsaylı mükafat və adları arasında 2018-ci ildə Rahmi Koç Elm Medalı, 2019-cu ildə ERC Advanced Grant Mükafatı, 2019-cu ildə Robotics Science & Systems Konfransında Ən Yaxşı Məqalə Mükafatı, 2014-cü ildə IEEE Fellow adı, 2014-cü ildə IEEE/ASME Ən Yaxşı Mexatronika Məqaləsi Mükafatı, 2011-ci ildə SPIE Nanoengineering Pioneer Mükafatı və 2005-ci ildə National Science Foundation CAREER Mükafatı var. Rəyli jurnallarda və konfranslarda 450-dən çox məqaləsi mövcuddur. 250-dən çox jurnal məqaləsi Nature, Nature Materials, Nature Communications, Proceedings of the National Academy of Sciences, Science Robotics, Science Advances və Advanced Materials da daxil olmaqla aparıcı jurnallarda dərc edilib. Bu məqalələr indiyədək 22,000-dən çox istinad alıb. “Mobile Microrobotics” adlı son kitabı MIT Press tərəfindən 2017-ci ildə çap edilib. Sahəsinin mühüm konfranslarında, universitetlərdə və şirkətlərdə 200-dən çox dəvətli çıxış edib. Həmçinin Progress in Biomedical Engineering və Journal of Micro-Bio Robotics jurnallarının baş redaktorudur.