Microrobots en la exploración y tratamiento de arterias

Una serie de complejas operaciones quirúrgicas necesarias para el tratamiento de pacientes con problemas cardiovasculares están a punto de verse mejoradas por completo, haciendo diagnósticos y operaciones mucho más seguras gracias a los ingenieros del Laboratorio de Investigación Micro/Nanofísica en la Universidad Monash de Australia, para ello el diseño cuenta con micro-motores lo suficientemente pequeños como para ser inyectados en el torrente sanguíneo humano.

El trabajo de investigación, publicado hoy, martes 20 de enero, en la revista Micromecánica y Microingeniería, se explica cómo los investigadores están aprovechando las propiedades piezoeléctricas (la fuerza de energía más utilizada para encender por ejemplo una estufa de gas), para ser enfocadas en la producción de microrobots con motores de tan sólo 250 micrómetros de ancho, es decir, una cuarta parte de un milímetro.

Los métodos de la cirugía mínimamente invasiva, como la de la cirugía no invasiva y una serie de operaciones que utilizan catéteres, es decir, tubos insertados en las cavidades corporales para permitir la maniobrabilidad quirúrgica, son las preferidas por los cirujanos y los pacientes debido a los daños evitados cuando se contrasta contra las operaciones de cortar y coser. Los graves daños durante la cirugía mínimamente invasiva, sin embargo, no siempre son evitables y los cirujanos se ven a menudo limitados, por ejemplo, en la anchura de un catéter de tubo que, en los casos graves, puede fatalmente dañar las arterias estrechas.

Los robots en miniatura a control remoto lo suficientemente pequeños como para llegar hasta las arterias puede llegar a salvar vidas por las diversas partes del cuerpo. Un claro ejemplo es en un accidente cerebrovascular a partir de una arteria dañada, en este problema, los catéteres han sido incapaces de alcanzar su meta (por la laberíntica estructura del cerebro ya que los catéteres son demasiado inmóviles para llegar con seguridad). Con un sistema de sensores anexo al microrobot, el cirujano a simple vista, por ejemplo, en un paciente con problemas en una arteria podría mejorar ya que la capacidad de trabajar a distancia también aumenta la destreza del cirujano.

El profesor James Friend, líder del equipo de investigación de la Universidad de Monash, explicó, los motores se han quedado a la zaga en la era de la miniaturización tecnológica y proporcionan la clave para que los robots sean lo suficientemente pequeños para su inyección en el torrente sanguíneo. “Si usted recoge un catálogo electrónico, encontrará todo tipo de sensores, LEDs, chips de memoria, etc, que representan lo último en tecnología y miniaturización. Eche un vistazo sin embargo, a los motores y hay pocos cambios con respecto a los motores disponibles en la década de 1950.”

El profesor Friend y su equipo iniciaron esta investigación hace más de dos años en la creencia de que las propiedades piezoeléctricas sea la fuerza de energía más adecuada para los micro-motores, ya que los motores pueden reducirse al mismo tiempo lo suficientemente contundente, incluso en los tamaños necesarios para entrar en el torrente sanguíneo, y consecuentemente navegar a través de estos motores contra la corriente de la sangre y llegar a lugares difíciles de operar en consecuencia.

La piezoelectricidad es más frecuente de encontrar en los relojes de cuarzo y en las estufas de gas. Se basa en la capacidad de algunos materiales para generar potencial eléctrico en respuesta a la tensión mecánica. En el caso de una estufa de gas, el interruptor de encendido en una estufa provoca un resorte para liberar la pelota que choca contra un trozo de material piezoeléctrico, a menudo un tipo de cristal, lo que se traduce la fuerza de la bola a más de 10.000 voltios de electricidad que luego viaja por el cable, y finalmente comienza el fuego de la estufa.

Como explica el profesor Friend, “Las oportunidades para los micro-motores abundan en campos tan diversos como la biomedicina, la electrónica, la aeronáutica y la industria del automóvil. Las respuestas a esta necesidad han sido tan diversas, con diseños desarrollados utilizando electromagnética, electrostática, térmica y las fuerzas motrices osmótica. Los diseños piezoeléctricos, sin embargo, han escalado las características favorables y, en general, son simples dibujos, que han proporcionado una excelente plataforma para el desarrollo de micro-motores”.

El equipo ha elaborado los prototipos de los motores y ahora están trabajando en maneras de mejorar el montaje y el método mecánico para que se desplace y controle los micro-motores.

Más información: Institute of Physics