Robot mềm là một lĩnh vực nghiên cứu mới đang thu hút sự quan tâm từ nhiều chuyên ngành. Nó sử dụng những cấu trúc mềm và có thể biến dạng để cho phép các hệ thống robot làm việc trong những môi trường động và không ổn định; ví dụ như để gắp và thao tác với những vật thể chưa rõ, di chuyển trên những địa hình không bằng phẳng và như trong nghiên cứu mới đây, nó được dùng để “làm việc” với các tế bào sống trong cơ thể con người.
Thiết bị robot mềm có tên “Bộ kẹp vi thể” tự gấp - trông giống như một con sao biển với 6 cánh tay có thể tự gấp lại được làm từ một loại hydrogel phồng to và co nhỏ theo sự thay đổi của nhiệt độ, độ axít và ánh sáng. Nhóm nghiên cứu, đứng đầu là GS. David Gracias, Khoa Vật liệu và Công nghệ Trường đại học Johns Hopkins thấy rằng, tuy hydrogel biến dạng tốt, nó vẫn không đủ cứng để kẹp và giữ bất kỳ cái gì. Nhưng sau nhiều thử nghiệm và chạy các mô hình máy tính, nhóm thấy rằng nếu kết hợp hydrogel mềm trương nở với một polymer cứng, tự tiêu, không trương nở, họ có thể tạo ra “bộ kẹp vi thể” tự gấp có thể quấn quanh tế bào và “dứt” chúng ra khỏi mô xung quanh.
Trong bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã nhúng các tiểu phân nano sắt trong cấu trúc hydrogel được làm cứng này, nhờ đó có thể sử dụng đầu dò từ trường để điều khiển và di chuyển bộ kẹp từ xa. Ưu điểm của thiết bị này là không cần dây dẫn điện, vì thế thiết bị có kích thước rất nhỏ và linh hoạt. Nghiên cứu được sự tài trợ từ Quỹ Khoa học quốc gia và Viện Y tế quốc gia Mỹ. Một lĩnh vực hấp dẫn khác trong ứng dụng vật liệu mềm vào các hệ thống robot là những nghiên cứu tham vọng hơn, như robot tự sửa chữa, tự lớn và tự sao chép. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng y học, robot mềm là một lĩnh vực còn rất mới mẻ, do đó nhiều nghiên cứu hiện mới chỉ thử nghiệm các vật liệu mới và tìm kiếm những ứng dụng tiềm năng, thay vì sản xuất ra những thiết bị có thể thử nghiệm trên lâm sàng. Nhóm nghiên cứu tin rằng, “bộ kẹp vi thể tự gấp” một ngày nào đó sẽ cho phép các bác sĩ sinh thiết khối u hoặc đưa thuốc vào đúng chỗ trong cơ thể qua bộ điều khiển từ xa. Nghiên cứu được báo cáo trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces.
Cánh tay robot phẫu thuật những khối u hiểm hóc
Những khối u nằm sâu trong đầu và cổ vốn được xem là không thể phẫu thuật hoặc chỉ có thể điều trị bằng những kỹ thuật mổ gây ảnh hưởng nặng nề. Tuy nhiên, nhờ sự phát triển của một phương pháp mới có tên là Phẫu thuật robot qua miệng (Trans Oral Robotic Surgery - TORS), vấn đề này có thể sẽ chỉ còn là quá khứ. Với hệ thống này, các bác sĩ sẽ tiến hành mổ bằng cách điều khiển một robot phẫu thuật được trang bị những “cánh tay” máy và máy quay 3D độ nét cao. TORS được cải tiến và hoàn thiện bởi TS. Abie Mendelsohn, Trường đại học California, Los Angeles (UCLA) và sử dụng hệ thống robot Da Vinci hiện đại cũng được phát triển ở UCLA.
Dưới sự điều khiển của phẫu thuật viên, cánh tay máy sẽ đi qua những vùng chật hẹp và dễ tổn thương của miệng mà không cần đường rạch ngoài. Phẫu thuật viên thao tác từ bàn điều khiển cạnh giường bệnh, mỗi cử động của bàn tay sẽ điều khiển các dụng cụ mổ. Thông qua một hệ thống co kéo, phẫu thuật viên cũng có thể quan sát toàn bộ khu vực mổ. Hiện TORS đã được sử dụng để phẫu thuật trong khoang cạnh hầu họng và khoang hình chóp nón nằm gần đáy sọ. Đây là những vị trí đặc biệt khó tiếp cận bằng các phương pháp mổ truyền thống, vì nó nằm gần nhiều mạch máu lớn, dây thần kinh và cơ phức tạp. Hơn 100 bệnh nhân đã được TS. Mendelsohn phẫu thuật bằng TORS đạt kết quả tốt, khối u được cắt bỏ thành công và bệnh nhân không còn dấu hiệu của ung thư. TORS được FDA phê chuẩn lần đầu tiên năm 2009, nhưng chỉ tới bây giờ nó mới có thể với tới và phẫu thuật an toàn ở một trong những vùng khó tiếp cận nhất của cơ thể. Hiện tại, phương pháp này mang lại lợi ích nhiều nhất cho bệnh nhân bị khối u vùng họng gần amiđan và lưỡi, tuy nhiên, TS. Mendelsohn cho biết ông hy vọng sẽ phát triển TORS hơn nữa.
Các nghiên cứu trên là những ví dụ sáng giá về công nghệ robot mới giúp cho các can thiệp ngoại khoa được thực hiện với sự thâm nhập ở mức tối thiểu. Mô xung quanh càng ít bị đụng chạm trong khi lấy mẫu và cắt bỏ khối u thì nguy cơ biến chứng càng thấp và bệnh nhân sẽ hồi phục càng nhanh.
