นักวิจัยพัฒนาหุ่นยนต์ศัลยกรรมระบบประสาทแบบนิวแมติก

“ ในที่สุดเราต้องการอุปกรณ์ทางการแพทย์เพื่อปรับปรุงผลลัพธ์ของผู้ป่วยและไม่ทำให้สิ่งเลวร้ายยิ่งขึ้นไปอีก” David Comber นักศึกษาปริญญาเอกปีที่สี่ของ Vanderbilt University กล่าวซึ่งทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์ดังกล่าว

นักวิจัยได้เข้าหาความท้าทายนี้โดยการออกแบบและสร้างแอคทูเอเตอร์แบบยืดหยุ่นซึ่งใช้กลไกแบบสเต็ปคล้ายกับวิธีการทำงานของดินสอกดเพื่อเคลื่อนย้ายอุปกรณ์โดยเพิ่มขึ้นทีละน้อย การทำเช่นนี้ช่วยป้องกันระบบไม่ให้ขยายมากเกินไปและก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ป่วยในกรณีที่คอมพิวเตอร์หรือฮาร์ดแวร์ล้มเหลว

แรงเสียดทานภายในแอคชูเอเตอร์เหล่านี้จะต้องได้รับการจัดการด้วยดังนั้นระบบจะทำงานได้อย่างราบรื่นที่สุด เพื่อลดแรงเหล่านี้นักออกแบบได้สร้างแอคทูเอเตอร์ด้วยลูกสูบที่ทำจากกราไฟต์ใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่นแห้งและกระบอกสูบที่ทำจากแก้ว การจัดแนวถูกพิจารณาด้วยเช่นกันเมื่อพยายามลดแรงเสียดทานและป้องกันไม่ให้เกิดการผูกในอุปกรณ์

“ การออกแบบสำหรับการประกอบหุ่นยนต์จำเป็นต้องมีการปรับตำแหน่งของชิ้นส่วนผสมพันธุ์หลายอย่างเช่นแบริ่งวารสารบนแท่งนำเชิงเส้น ก้านลูกสูบคู่กับแผ่นเลื่อนและก้านลูกสูบคู่กับเข็มขัดเวลา” Comber กล่าว “ ทางออกที่ฉันใช้ในทุกกรณีคือรูหลวมที่พอดีกับน็อตและแหวนรอง ฉันปรับการจัดเรียงตามความรู้สึกจนกว่าแรงเสียดทานจะน้อยที่สุด "

หนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดที่เผชิญกับอุปกรณ์มาจากความต้องการในการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในพื้นที่แคบและสนามแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพของเครื่อง MRI ไม่สามารถใช้อุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าในอุปกรณ์เนื่องจากสนามแม่เหล็กที่พวกเขาสร้างจะรบกวนภาพ MRI อย่างไรก็ตามอุปกรณ์นิวเมติกส์จะสร้างสนามแม่เหล็กที่ จำกัด และจะไม่รบกวนภาพ เพื่อลดผลกระทบของสนามแม่เหล็กต่อภาพ MRI และอุปกรณ์เองหุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุที่ไม่ใช่ ferromagnetic เป็นส่วนใหญ่

อุปกรณ์ได้รับการออกแบบให้มีขนาดกะทัดรัดพอที่จะใส่ใน MRI กับผู้ป่วยได้ สิ่งนี้ทำโดยการเพิ่มระดับเสียงที่มีให้กับอุปกรณ์โดยการวางไว้บนเตียงของ MRI เหนือหัวของผู้ป่วย กลไกภายในอุปกรณ์นั้นถูกจับคู่กับจลนศาสตร์เพื่อลดความยาวจังหวะและทำให้ความยาวของตัวกระตุ้นลูกสูบทรงกระบอก ส่วนประกอบที่มีขนาดใหญ่ขึ้นของระบบรวมถึงเซ็นเซอร์ความดันและวาล์วจะถูกเก็บไว้ในห้องแยกต่างหากเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน MRI และเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ด้วยท่อยาว

ในขณะที่การวนซ้ำปัจจุบันของอุปกรณ์เป็นขั้นตอนและตำแหน่งเฉพาะทีมเชื่อว่าเทคโนโลยีสามารถใช้งานได้หนึ่งวันในการใช้งานทางการแพทย์ที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่ง

“ เทคโนโลยีที่เราพัฒนาที่นี่สามารถปรับให้เข้ากับส่วนอื่น ๆ ของกายวิภาคศาสตร์ได้” Comber กล่าว “ แต่แน่นอนว่ามันต้องมีการออกแบบใหม่เพื่อรวมเข้ากับกายวิภาคศาสตร์ใหม่ได้ง่าย”