Робот-колоноскоп з камерою і щипцями проповз по свинячому кишечнику

Американські інженери створили самохідного робота для ендоскопії. Він закріплюється на кінці кабелю, з електричними проводами і трубками, але рухається не за допомогою проштовхування кабелю лікарем, а самостійно - за рахунок гусеничних приводів з боків. Розробники успішно випробували пристрій як на кишківнику свині, так і на живій свині, і розповіли про результати на конференції ICRA 2020.

Колоноскопія - це ефективний спосіб діагностики багатьох захворювань кишківника, в тому числі дозволяє виявити на ранніх стадіях злоякісні новоутворення. Багато медиків рекомендують пацієнтам старше 45-50 років проводити колоноскопію щорічно, але фактично багато хто не дотримується цих приписів через особливості процедури. Під час колоноскопії ендоскоп з напівжорсткою трубкою механічно просувається вперед лікарем за зовнішню частину трубки. У деяких випадках, наприклад, при різкому вигині кишківника, кінець ендоскопа впирається в стінку і його доводиться продавлювати вперед сильніше і намагатися повернути в потрібну сторону, що може заподіювати болючі відчуття, якщо процедура проводиться без наркозу. Через це інженери працюють над повністю або частково автономними ендоскопами, які могли б пересуватися самостійно і виключити такі випадки.

Інженери з Університету штату Колорадо в Боулдері під керівництвом Марка Рентшлера (Mark Rentschler) створили самохідний колоноскоп, в який, на відміну від аналогів, інтегровані всі стандартні інструменти, необхідні лікарю для проведення процедур. У ширину розмір робота становить три сантиметри, а в товщину і довжину - 2,3 і шість сантиметрів відповідно. Наприкінці розташовані інструменти: камера, два світлодіоди, канали для подачі води або повітря, а також порт для додаткового обладнання, в тому числі для біопсійних щипців. З іншого боку робот з'єднаний з кабелями для подачі енергії і сигналів, а також трубками для води і повітря.

З боків робота на його великих гранях знаходяться по дві стрічки гусеничного приводу. На них є невеликі виступи, що забезпечують зчеплення з поверхнею слизових оболонок. У роботі два таких приводи, кожен з яких проступає з двох сторін, тому всього у нього чотири плями контакту зі стінками кишечника. Кожна гусениця приводиться в рух окремим мотором в підставі робота через черв'якову передачу. У нинішній версії робот перебуває під керуванням лікаря, який може просувати його вперед або назад, а також повертати. У майбутньому розробники намагатимуться автоматизувати його рух.

Автори провели випробування колоноскопа і. Під час випробувань на живій свині розробники успішно подали в кишечник повітря для збільшення тиску і воду, щоб промити поверхню об'єктива камери, випробували зйомку зі світлодіодним підсвічуванням і взяли кілька зразків слизової оболонки за допомогою біопсійних щипців. Однак випробування основної функції виявилися невдалими: через невеликий діаметр сигмовидної кишки (удвічі меншої, ніж у людини) стінки кишечника занадто сильно тиснули на гусениці. При випробуваннях на окремому свинячому кишечнику автори надули його до розмірів людського і після цього робот рухався без проблем зі швидкістю до чотирьох сантиметрів на секунду.

Існують й інші проекти самохідних роботів-колоноскопів з іншою конструкцією. Наприклад, у 2017 році інша група під керівництвом Марка Рентшлера створила робота, який рухається вперед за рахунок перистальтичних рухів - поперемінного стиснення і розширення певних частин. А ізраїльські інженери нещодавно випробували в свинячому кишечнику робота, який постійно хвилеподібно згинається і тим самим рухає себе вперед.