لمس سلول‌ها با سرانگشت

هر چه غشا سخت‌تر باشد، میزان نیرو و مقاومت موتور در برابر چرخش بیشتر می‌شود و به این ترتیب کاربر، سختی بافت را احساس می‌کند.

میزان حرکت هم به نسبت مورد نظر تغییر می‌کند، یعنی در حالی که سوزن به اندازه 10 میکرون به جلو هدایت می‌شود، دسته به میزان 10 سانتی‌متر حرکت کرده است .... آنچه شرح آن رفت ، جزئیات یک جراحی است که می‌تواند در ناحیه چشم، اعصاب یا عروق باشد با بهره‌گیری از نوعی دستگاه لامسه میکرونی است که برای کمک به تشخیص حسی غشاهای سلولی و میکرونی از سوی محققان دانشگاه امیرکبیر طراحی و ساخته شده است. دکتر محمد زارع‌نژاد ، مجری این طرح جزئیات بیشتری را در این ارتباط بیان می‌کند.

وقتی درباره تحول در شیوه‌های تشخیصی در عرصه پزشکی با استفاده از فناوری‌‌های نوین صحبت به میان می‌آید، بحث‌هایی چون تشخیص‌های میکرونی و مولکولی به کمک مینی‌ربات‌ها یا ذرات نانویی مطرح می‌شود. هرکدام از این شیوه‌های نوین چگونه جایگاه خود را پیدا کردند؟

روند رو به رشد گرایش صنایع مختلف به سمت ساخت قطعات با ابعاد میکرونی، موجب گرایش گسترده به سوی سنسورها و عملگرهایی با قابلیت کارکرد در این ابعاد شده است. برخی از کاربردها در زمینه‌های مختلف لزوم استفاده از یک سیستم رباتیک میکرونی را برای افزایش توانایی اپراتور در انجام عملیات مشخص می‌کنند. کما این‌که برای پرهیز از استفاده از حیوانات در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و با توجه به گران بودن این فرآیند و همچنین اثر‌های ناخواسته دیگر بافت‌ها هنگام انجام آزمایش، دانشمندان به این نتیجه رسیده‌اند که اثر داروهای جدید را با تزریق بر سلول‌ها در محیط آزمایشگاهی امتحان کنند. لذا به منظور افزایش سرعت و دقت در فرآیند تزریق و همچنین کاهش نقش انسان در این فرآیند‌های خسته‌کننده، میکروربات‌ها پا به عرصه‌های تشخیصی و درمانی گذاشتند.

از سوی دیگر به دلیل نیاز به مهارت و حوصله اپراتور در کار با تخمک، میکروربات‌ها در فرآیند لقاح مصنوعی (Vitro- fertilization) توانستند علاوه بر افزایش سرعت عملیات و دقت آن، نیاز به اپراتور ماهر و خطرات ناشی از بی‌دقتی وی را از بین ببرند. به‌علاوه امروزه در فرآیند دستکاری‌های ژنتیکی استفاده از میکروربات‌ها در تزریق این ژن‌ها اجتناب‌ناپذیر است. در عین حال در کاربرد‌های بیولوژی و ژنتیک، لازم است تا پاسخ‌های الکتریکی سلول ثبت شود. برای انجام این کار، باید یک میکرو الکترود به غشای سلول (و نه درون سلول) فرو رود. همچنین کوچک‌ترین لرزش دست اپراتور سبب ایجاد خطا‌های چند صددرصدی در ثبت دیتا‌ها می‌شود. لذا در این کاربردها، استفاده از میکروربات‌ها، اجتناب‌ناپذیر است.

در این روش‌ها عمدتا از کدام یک از حس‌های ششگانه برای نتیجه‌گیری بهتر کمک گرفته می‌شود؟

در این سیستم از بازخورد نیرو استفاده شده است. به عنوان مثال در عملیات تزریق درون سلولی، اپراتور علاوه بر بازخورد چشمی از طریق میکروسکوپ، هنگام برخورد با سلول نیروی بزرگنمایی شده ناشی از تعامل سوزن و سلول را نیز احساس خواهد کرد. این احساس نیرویی سبب می‌شود عملیات با مهارت بهتری صورت گیرد.

چرا در سیستمی که طراحی کرده‌اید، بر استفاده از حس لامسه در کنار حسگرهای میکرونی ویژه تاکید کردید؟

در حالت کلی، در این سیستم‌ها اپراتور انسانی یا به طور خلاصه اپراتور، بر یک ربات (مستریا ارباب ) نیرویی اعمال میکند. این نیرو به یک جابه‌جایی در آن ربات مستر منجر می‌شود، این جابه‌جایی به ربات دومی (اسلیویا برده ) که قرار است عملیات واقعی را انجام دهد، منتقل میشود و قرار بر این است که ربات اسلیو حرکت ربات مستر را دقیقا یا با یک ضریب دنبال کند. به دلیل کاربردهای نوین سیستم‌های تله اپراتوری و لزوم مشارکت اپراتور در انجام عملیات، کاربرد این سیستم‌ها بسیار کم است. اگر در سمت اسلیو سنسورهای اندازه‌گیری نیرو کار گذاشته شود، نیروهای تماسی اسلیو با محیط واقعی به سمت ربات مستر بازتاب شده و به صورت گشتاور مقاوم به دست اپراتور اعمال میشود. به چنین سیستم های تله اپراتوری که قابلیت بازتاب نیروهای محیط به دست اپراتور را دارند، سیستم های دوجانبه می گویند. اگرچه بازتاب نیروهای محیطی به دست اپراتور، وی را قادر می‌سازد تا علاوه بر پسخوردهای بینایی و شنوایی از حس‌لامسه خود نیز کمک بگیرد، در صورت وجود تاخیر موجود در کانال های ارتباطی، ممکن است سبب ناپایداری سیستم شود. لذا حل مساله ناپایداری القا شده در نتیجه بازتاب نیروهای محیطی یکی از مهم‌ترین موضوعاتی است که در پروژه ما به آن پرداخته شده است.

در واقع قابلیت جابه‌جایی عملگرهای پیزو با فرکانس‌های بالا، سبب می‌شود عملیات نظیر سوراخ کردن جداره سلول براحتی صورت پذیرد و از تغییر شکل یا پاره شدن جداره تا حد ممکن جلوگیری شود. به منظور صحه‌گذاری قابلیت‌های کاربردی سیستم پیشنهادی، عملیات وارد کردن سوزن روی تخم ماهی انجام شده است. به بیان ساده‌تر آن‌که حسگرهای نصب شده در این دستگاه در هر لحظه وضعیت دسته کنترل و همچنین سوزنی را که حسگر به آن متصل است به کامپیوتر منتقل می‌کند. این دستگاه در یک بعد حرکت می‌کند و در مرحله بعد قرار است حرکات آن در سه بعد باشد.

دقت این سیستم در مقایسه با نمونه‌های قبلی این حسگرها به چه میزان است؟

دقت جابه‌جایی سوزن تزریق حدود 1/0 میکرومتر است. در حالی که کارهای مشابه به دقت موقعیت‌دهی اشاره‌ای نداشته‌اند و درصد موفقیت انجام عملیات لقاح مصنوعی به کمک این سیستم‌ها را بررسی کرده‌اند.

سامانه طراحی شده چه مزیت‌هایی نسبت به نمونه‌های مشابه دارد؟

همان‌گونه که اشاره شد، استفاده از عملکردهای دقیق پیزوالکتریک و بهبود دقت موقعیت‌دهی آنها و همچنین بررسی پایداری و قابلیت اطمینان عملکرد سیستم در صورت تاخیر که می‌تواند ناشی از فاصله بین ربات مستر و اسلیو باشد از مزایای طرح فوق است.

آیا اجرایی شدن این پروژه و ورود آن به عرصه سیستم‌های تشخیصی درمانی کشور نیاز به فراهم شدن زمینه‌های خاصی دارد؟

ارتباط با مراکز درمانی و تحقیقاتی به بهبود طرح منجر خواهد شد. قطعا بازخورد یک متخصص سبب می‌شود اشکالات فنی و موانع موجود در جهت واقعی‌تر شدن کاربردها مرتفع شود. از طرفی نکته مهم‌تر طرح مشکلات و نیازهای این متخصصان می‌تواند بستر مناسبی برای توسعه سیستم‌های رباتیک در پزشکی شود. تعریف صورت مساله معضلی است که در این حوزه با آن مواجهیم. برخورداری از دانش طراحی و ساخت سیستم‌های رباتیک همراه با تایید و همراهی متخصصان که از این سیستم‌ها استفاده می‌کنند، می‌تواند ثمر بخش باشد.

پونه شیرازی