Le plus petit robot biomédical au monde fait progresser le diagnostic et le traitement interventionnels
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Des chercheurs de l'École d'ingénierie de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) ont développé avec succès le plus petit robot biomédical multifonctionnel au monde, 60 % plus petit que les modèles actuels.
Capable d'imagerie, de mouvements de haute précision et d'opérations multifonctionnelles telles que l'échantillonnage, l'administration de médicaments et l'ablation au laser , le robot offre des performances d'imagerie compétitives et une amélioration décuplée de la détection d'obstacles, ouvrant la voie à des applications robotiques dans les canaux étroits et difficiles du corps humain, tels que les bronches terminales des poumons et les oviductes.
Avec un profil fin de seulement 0,95 mm (60 % plus petit que les robots endoscopiques actuels), ce robot a accompli une « trinité impossible » en intégrant simultanément les trois spécifications importantes dans un seul robot. Il offre des performances d'imagerie compétitives et étend la distance de détection des obstacles jusqu'à environ 9,4 mm, soit une amélioration de dix fois par rapport aux limites théoriques. Il atteint également une précision de mouvement remarquable (moins de 30 μm) et élargit considérablement la zone d'imagerie d'environ 25 fois la vue inhérente.
La recherche est publiée dans Nature Communications .
Développé par le professeur Shen Yajing, professeur associé au département de génie électronique et informatique (ECE) et son équipe, le robot doit sa petite taille à quatre éléments principaux. Il s'agit notamment d'un réseau de fibres optiques pour capturer des images à l'intérieur du corps, d'un outil personnalisé pour administrer les traitements précisément là où ils sont nécessaires, d'un squelette creux pour maintenir les fibres et les outils en place, et d'une peau fonctionnalisée qui permet un contrôle précis des mouvements du robot.
Crédit : Université des sciences et technologies de Hong Kong
Le squelette creux est créé par une imprimante 3D à micro-échelle, tandis que la peau fonctionnalisée est produite grâce à une technique de pulvérisation magnétique, ce qui permet de garder le robot de petite taille et de le faire glisser facilement pendant l'opération. Il est également doté d'une couche extérieure semblable à du gel qui réduit la friction. L'équipe a testé ce robot dans des modèles bronchiques in vitro et des poumons porcins ex vivo, démontrant une navigation fluide dans des espaces restreints tout en capturant avec succès des images claires et en effectuant des traitements dans des zones difficiles.
Le professeur Shen a déclaré que ce robot révolutionnaire recèle un potentiel énorme pour les applications cliniques. « Les robots continuum à petite échelle sont prometteurs pour le diagnostic et le traitement interventionnels, mais les modèles existants ont souvent du mal à être compacts, à naviguer avec précision et à visualiser le traitement fonctionnel tout en un.
« Notre étude fournit une solution significative pour le développement d'un robot chirurgical visant à atteindre un diagnostic précoce et des objectifs thérapeutiques dans les zones du corps difficiles à atteindre. Avec les progrès technologiques en cours, nous pensons que le robot fibroscope apportera de plus grandes contributions à la santé humaine dans un avenir prévisible », a-t-il déclaré.
Grâce à leur capacité à naviguer dans des cavités étroites tout en permettant une récupération rapide et un faible risque d'infection, les petits robots continuum ont été utilisés dans le traitement de plusieurs maladies, notamment les maladies cardiaques (par le déploiement de stents et de cathéters d'électrophysiologie) ainsi que la réparation de perforations dans les ulcères gastriques et duodénaux par laparoscopie à port unique, entre autres applications. S'appuyant sur cette invention réussie, l'équipe de recherche prévoit d'affiner davantage les fonctionnalités du robot pour les adapter à des environnements pratiques.
« Nous souhaitons optimiser davantage la conception et le contrôle du robot fibroscope, en privilégiant la sécurité et la fiabilité lors de la chirurgie interventionnelle. Nous sommes impatients de mettre en œuvre des essais in vivo pour démontrer ses performances dans des scénarios cliniques », a déclaré le Dr Zhang Tieshan, chercheur postdoctoral à HKUST. Il est l'un des deux co-premiers auteurs de l'étude, avec le Dr Li Gen. Parmi les autres co-auteurs de HKUST figurent le professeur adjoint de recherche Dr Yang Xiong et l'étudiant au doctorat Zhao Haoxiang, également du département ECE.