کوچکترین ربات جراح
جمعه, ۳ تیر ۱۳۹۰، ۰۷:۲۵ ق.ظ
کوچکترین ربات جراح دانشمندان ژاپنی روباتی به شکل سوسک اختراع
کرده‌اند که با ورود به بدن از طریق یک شکاف، نیاز به عمل جراحی را تا حد
چشمگیری کاهش میدهد. این روبات با دو سانتی‌متر طول و 5 گرم وزن دارد که
با دارا بودن وسایل پزشکی متنوع بسیار کوچک شامل یک دوربین کوچک، حسگرها و
تزریق‌گر دارو میتواند از یک شکاف ایجاد شده توسط جراحان در پوست، وارد
بدن شده و اقدامات پزشکی را در داخل بدن به انجام برساند.زمان
زیادی از تولید روبات‌هایی که برای عکسبرداری به داخل بدن انسانها ساخته
شده است نمی‌گذرد که اکنون محققان توانسته‌اند این روبات را که مزیت‌های
بسیار بیشتری دارد اختراع کنند. این در حالی است که تحقیقات نشان
میدهد روبات‌های جراح می‌توانند باعث افزایش دقت در حین اعمال جراحی شوند.
چندی پیش، گروه تحقیقاتی دیگری از دانشگاه نگویای ژاپن در راستای گسترش
هرچه بیشتر از روبات‌ها برای کمک به انسانها در زمینه‌های پزشکی، در
نمایشگاه روباتیک ژاپن روباتی را در معرض نمایش قرار دادند که به عنوان یک
جراح واقعی عمل می‌کرد. این روبات وارد رگ‌های خونی می‌شد و با
هدایت این روبات، دانشجویان رشته پزشکی و سایر پزشکان می‌توانستند طریقه
ورود به رگ‌های خونی بدن بیمار و مراقبت‌های قلبی عروقی را به صورت عملی
آموزش ببینند. البته این روبات، فقط جنبه آموزشی ندارد و با آن
می‌توان بدون انجام جراحی‌های باز بیمار را درمان کرد. یکی دیگر
از مهمترین ابداعات در زمینه روبات‌ها را هم شرکت هوندا به بازار معرفی
کرده است. آنچه هم‌اکنون شرکت هوندا از آن به عنوان فناوری «تعامل مغز و
روبات» یاد میکند، در واقع پیشرفتی است که در پی تحقیقات قبلی در همین
زمینه حاصل شده است. در تحقیقات گذشته برای انتقال سیگنال‌های مغز
به روبات معمولا از عمل جراحی برای قراردادن سیم‌های رابط الکترونیکی درون
بدن انسان استفاده می‌شد و در برخی دیگر نیز افراد استفاده‌کننده باید در
زمینه ارسال سیگنال‌های خود به روبات آموزش می‌دیدند که نتایج کار نیز
معمولا در زمینه خواندن سیگنال‌های مغزی چندان دقیق نبود. آمریکایی‌ها
هم در راستای گسترش استفاده از روبات‌های پزشک، اعلام کرده‌اند که در حال
کار روی روبات کوچکی هستند که از طریق یک شکاف وارد بدن شده و مشکلات قلبی
را درمان میکند و همانند دیگر روبات‌ها به افزایش مهارت‌های پزشکان در
اتاق عمل کمک میکند. روبات دیگری نیز مدتی قبل با مهارت
فیلمبرداری، که یک گروه از محققان در مرکز تحقیقات پزشکی دانشگاه نبراسکا
در اوهاما آن را ساخته‌اند، معرفی شد که میتواند در درون معده یا شکم
بیمار حرکت کند و زوایای مختلف قسمت‌هایی را که باید معالجه شوند به جراح
نشان دهد. این روبات که ماه‌ها از معرفی آن می‌گذرد، همچنین مجهز به یک
سوزن قابل جمع شدن است که به آن امکان میدهد از درون بدن بیمار
نمونه‌برداری کند. ترجمه از المیرا صادقی
انتقال حس لامسه
به ابزار جراحی (جراحی رباتیک)افتخاری دیگر از قطب مهندسی پزشکی در ایرانهمه‌چیز برای یک جراحی مهم آماده است. اتاق
عمل، بیمار و روبات جراح. بیمار جراحی می شود و ۲ ساعت بعد در منزل به
کارهای روزمره‌اش می‌پردازد.جملات بالا تخیلی نیستند و شاید تا همین
الآن هم ۹۰ درصد آن به نتیجه رسیده باشد؛ که البته همه و همه مدیون علمی
است به نام مهندسی پزشکی. علمی که در حال پیشرفت سریعی است و امیدهای زیادی
را برای بیماران به ارمغان می‌آورد.دکتر سیامک نجاریان ، استاد
دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیر کبیر توانسته است پس از ۶ سال کار
و تحقیق مداوم امید دیگری را برای این رشته به ارمغان آورد. او با انتقال
حس لامسه به ابزار جراحی باعث شده است جراحی‌های روباتیک خطای کمتری نسبت
به گذشته داشته باشند..:.مصاحبه با دکتر نجاریان رئیس دانشکده مهندسی
پزشکی پلی تکنیک تهران.:.در ارتباط با مهندسی بافت برای ما توضیحاتی
بدهید.حدود ۸/۷ سال
پیش مقاله‌ای در مجله تایمز منتشر شد که در آن نوشته شده بود مهندسی آتی،
مهندسی بافت است و آینده‌ی مهندسی در کره‌ی زمین به مهندسی بافت بر
می‌گردد. یکی از کارهای من هم در همین خصوص است، یعنی ساخت اعضای مصنوعی
مثل کلیه‌ی مصنوعی، شش مصنوعی و یا قلب مصنوعی که یا در کنار بدن انسان کار
میکنند و یا این که مثل قلب مصنوعی در بدن جایگزین میشوند. محققان امروز
به فکر دیگری افتاده‌اند و می‌گویند سیستم‌های مکانیکی بالاخره دچار مشکل
میشوند، پس بهتر است یک قلب بیولوژیک بسازیم که شاید علمی‌ـ‌تخیلی به نظر
بیاید؛ اما شروع شده است. چند سال پیش تلویزیون فردی ایتالیایی را نشان
می‌داد که گوش انسان را روی یک موش رشد داده بود. برای رشد دادن یک سیستم
بیولوژیک به یک محیط بیولوژیک هم نیاز است. این موش نقش همان محیط بیولوژیک
را برای گوش بازی میکند و با نصب یک داربست شبیه گوش انسان، این گوش روی
بدن موش رشد کرده است و این شروع مهندسی بافت بود.کاری که
شما کرده‌اید در خصوص حس لامسه‌ی مصنوعی بوده است. چه‌طور توانستید به چنین
چیزی برسید؟کار
من طراحی و ساخت اندام‌های مصنوعی مثل کلیه، شش و قلب است ؛ اما در حدود ۶
سالی است که روی حس لامسه‌ی مصنوعی هم تحقیقات مشترکی را با دانشگاه
کانادا انجام میدهم. برای این‌که بدانید کاربرد حس لامسه‌ی مصنوعی چیست و
ما چه کاری انجام داده‌ایم، باید مقدماتی را بازگو کنیم. ما ۲ نوع جراحی
داریم، یکی جراحی باز است که محل جراحی دیده میشود و جراح به‌کمک وسیله‌ی
کوچکی که در دست دارد و نیز دست خود، جراحی را انجام میدهد؛ اما این شیوه
شدیدا تهاجمی است، خطر خون‌ریزی و عفونت زیادی دارد، دوره‌ی بهبود بیمار
طولانی است، هزینه بیشتر است و بیمار باید مدت زیادتری در بیمارستان بماند و
جای زخم هم برای مدت‌ها با او خواهد بود؛ اما سال‌ها پیش توانستند یک
جایگزین برای این شیوه‌ی جراحی بیابند که اولین آنها آندوسکوپی است.
آندوسکوپی یک واژه کلی است و معنی آن دیدن درون بدن است؛ اما به کمک آن
می‌توان جراحی هم انجام داد. امروزه به جای بازکردن محل جراحی، ۲ یا ۳
سوراخ ایجاد میکنند، از درون یکی از آنها یک اسکوپ به داخل بدن می‌فرستند
و سر آن دوربین و نور قرار می‌دهند. پزشک هم از نمایش‌گر نگاه میکند و
گاهی به‌کمک یک ابزار جراحی که سر اسکوپ می‌گذارند، میتواند نمونه‌ای
بگیرد و کارهای جراحی را انجام دهد. گاهی هم یک حفره‌ی دیگر ایجاد میکنند و
اسکوپ را فقط در نقش دوربین و نور و... از یکی از آنها به داخل بدن
می‌فرستند و از سوراخ دیگر ابزار جراحی را وارد میکنند. گرچه شیوه‌ی جراحی
با آندوسکوپی مزایای زیادی دارد، اما معایبی هم دارد، مثلا این که به دلیل
وجود مایعات میان بافتی و خون و... در اکثر موارد پزشک جراح نمیتواند
تصویر خوبی از محل داشته باشد و باید به‌صورت حسی جراحی کند و چه بسا دچار
اشتباه‌هایی هم بشود؛ چون علاوه بر این که بینایی جراح کم شده است، حس
لامسه هم ندارد. در واقع به‌دنبال حل این مشکل بودیم و پس از ۶ سال تلاش و
ارائه‌ی حدود ۲۵ مقاله‌ی بین المللی در این زمینه به جاهای بسیار خوبی هم
رسیدیم. اولین چیزی که به ذهن ما رسید، این بود که ابزار جراحی را به طریقی
باهوش کنیم. این ابزارها در حال حاضر هوش دست جراح را ندارند و نمی توانند
سفتی و نرمی، ابعاد، دما و یا حتی میزان نیرویی را که باید به اندام وارد
کنند تا از چنگ‌شان در نرود و یا این که به‌عکس، آسیبی نبیند، درک کنند.
بشر روی بینایی کارهای خیلی خوبی کرده است؛ اما تا به حال روی حس لامسه
کاری انجام نداده است. هدف ما این بود که ویژگی‌های دست جراح را به ابزار
جراحی منتقل کنیم تا ابزار بتواند چیزهایی را بفهمد که دست جراح درک می
کند.چه‌طور
توانستید این هوش را به ابزار منتقل کنید؟برای این کار باید یک سنسور ویژه طراحی
می‌کردیم. در بازار سنسورهای مختلفی مثل دما و نیرو وجود دارد که دردی را
از ما دوا نمی‌کردند. در واقع ویژگی‌های دست جراح، یک ویژگی چندگانه و
تلفیقی است، پس باید سنسوری طراحی می‌شد که ویژگی‌های لامسه را به‌صورت
تلفیقی دارا می‌بود. ما چندسال کار کردیم و سنسورهای مختلفی هم ساختیم تا
بالاخره به سنسور مد نظر و خاص خود رسیدیم و مرحله به مرحله آن را بهبود
دادیم و روی ابزار مختلف جراحی آن را امتحان کردیم و جواب‌های خیلی خوبی هم
به‌دست آوردیم.آیا کار شما در دنیا سابقه‌ای هم داشته است؟خیر! این اولین باری است که چنین کاری انجام
شده است، البته فراموش نکنید که ما با دانشگاه کانادا به‌صورت مشترک این
کار را انجام داده‌ایم. ما سال‌ها در آزمایشگاه خود در ایران و نیز در
آزمایشگاهی مشابه در کانادا که اسم هر دوی آنها حس لامسه‌ی مصنوعی است
به‌طور شبانه‌روزی کار و تحقیق کردیم تا به نتیجه رسیدیم. مجلات خارجی از
من و همکارم، دکتر جواد درگاهی، دپارتمان مهندسی مکانیک و صنعتی دانشگاه
کونکوردیای کانادا به‌دلیل این دستاورد و این که در این عرصه پیشگام
بوده‌ایم، می‌خواهند برای مقالات چاپ شده review بنویسیم که نکته‌ی بسیار
مهمی است.بازتاب این کار در دنیا چه بوده است؟استقبال زیادی از نقاط مختلف دنیا در این
زمینه داشته‌ایم. همین الآن مشغول خواندن ایمیلی از یک پزشک نیویورکی بودم
که به کار ما علاقه‌مند شده است و می‌خواهد روی آن کار کند. در کانادا هم
در یک بیمارستان تست‌های اولیه در حال انجام است. مرتب هم روی کار ما مقاله
چاپ میشود. یکی از موارد جالبی هم که در این رابطه با آن روبه‌‌‌رو شدم،
ایمیلی از بخش کشاورزی بود که هیجان‌انگیز بود و به آن فکر نکرده بودم. در
این ایمیل از من خواسته بودند ربات‌های میوه‌چین را دارای حس لامسه کنم تا
ضایعات میوه‌چینی به حداقل برسد. پشت این کار شکست فراوانی بوده است؛ اما
ناامیدی در ذات من جایی ندارد و تا همین جا هم راضی هستم و باز هم به دنبال
پیشرفت و بهبود آن هستم. نیازی هم نمی‌بینیم که به این زودی بحث را
کلینیکی کنیم. به اعتقاد ما، باید این کار را قدم به قدم و با حوصله‌ی زیاد
و احتیاط فراوان انجام داد تا به بعد انسانی برسد.مصاحبه از
خبرنگار روزنامه جام جمامروز و در آخرین مطلب روبورویی میخواهیم کمی در
باره بورد روی روبورو با هم صحبت کنیم و خلاصه ای از نحوه کارکرد آن را یاد
بگیریم.قبل از هر چیز کمی درباره اصول الکترونیک صحبت کنیم:الکترونیک
تقریبا با اختراع ترانزیستور شروع شد البته قبلش هم وجود داشت اما این همه
تاثیر گذار نبود، ترانزیستور یک عنصر سه پایه است که کارش تنظیم جریان
عبوری با کمک ولتاژ ورودی است ... سخت شد نه؟از اول توضیح میدهم: همان
طور که میدانید یک بورد الکترونیکی در حقیقت یک سری مسیر برای عبور الکترون
ها است و جریان و ولتاژ هم دو پارامتر اصلی برای توصیف الکترون های عبوری
از هر قسمت مدار هستند ؛ اولی نشانگر تعداد الکترون های عبوری از توی هر
قطعه مدار در هر ثانیه است و دومی هم زور و قدرت همان الکترون ها را نشان
میدهد، مثلا وقتی میگوییم جریان عبوری از این قطعه 1بیشتر از قطعه 2 است
یعنی در هر ثانیه تعداد بیشتری الکترون از توی قطعه1 عبور میکند. و وقتی
میگوییم دو سر این قطعه ولتاژ بیشتری دارد یعنی الکترون ها انرژی بیشتری
برای عبور دارند.یکی از معمول ترین قطعات الکترونیکی مقاومت است.
احتمالا شما هم چیز هایی در باره آن شنیده اید. وقتی الکترون ها به این
قطعه میرسند با توجه به ولتاژ دو سر مقاومت با یک جریان معین از توی آن
عبور میکنند، وقتی ولتاژ دو سر مقاومت را زیاد کنیم ( یعنی مثلا با اضافه
کردن باتری انرژی الکترون ها برای عبور از مقاومت را زیاد کنیم) تعداد
بیشتری الکترون از توی مقاومت رد میشود و در نتیجه جریان زیاد میشود. به
همین سادگی!توی الکترونیک قطعات زیادی وجود دارند، مثل خازن، سلف، دیود
و ...ترانزیستور هم یکی از این قطعات است که اتفاقا خیلی قطعه مهم
و تاثیر گذاری است، ترانزیستور سه تا پایه دارد ، بر خلاف غالب قطعات که 2
تا پایه بیشتر ندارند، الکترون ها از دو تا از این پایه ها وارد میشوند و
از سومی خارج میشوند. یکی از این پایه ها base نام دارد ، کار کل
ترانزیستور این است که با توجه به ولتاژ روی این پایه base معلوم کند چه
قدر الکترون باید بین دو تا پایه دیگر عبور کند ... در حقیقت مثل یک شیر آب
روی لوله ای از الکترون ها عمل میکند، اگر شما ولتاژ را روی base زیاد
کنید ( یعنی مثلا با اضافه کردن باتری انرژی الکترونهایی که به پایه base
میرسند را زیاد کنید) شیر باز میشود و الکترون های بیشتری عبور میکنند و
اگر ولتاژ را کم کنید هیچ الکترونی عبور نمیکند.مهندسان الکترونیک و
سخت افزار از این خاصیت "شیر آب بر روی لوله الکترون ها" خیلی استفاده
میکنند ... برای مثال همین کامپیوتر که دارید از آن استفاده میکند ...
حدودا چند میلیون ترانزیستور دارد که با بستن یا باز کردن آنها کار میکند!مدار
روبورو را نگاه کنید، 10 تا عنصر سیاه رنگ میبیند ... این ها ترانزیستور
هستند. تازه توی IC که روی مدار روبورو قرار دارد در حدود چند ده صد هزار
ترانزیستور وجود دارد! ... ببینید توی کامپیوتر دیگر چه خبر است!همه
این بند و بساط ( یعنی قطعات الکترونیکی روی مدار!) باید با کمک یک منبع
تغذیه روشن شوند، در حقیقت این باطری است که انرژی اصلی الکترون ها را
تامین میکند و آن ها را به صورت الکترون های سرحال و قبراق میفرستد توی
مدار، آن ها توی مدار میچرخند و با توجه به عناصر مدار مسیر خودشان را
انتخاب میکنند و همین باعث میشود مدار کار کند. مثلا اگر شما دستوری برای
روشن شدن LED های روبورو داده باشید، ترانزیستور های توی IC جوری تنظیم
میشوند که الکترون ها از توی LED ها عبور کنند و آن ها را روشن کنند!حالا
که تا حدودی با کلیت قضیه آشنا شدید برویم سراغ قسمت های مختلف بورد
روبورو:اولین قسمت
بخش تغذیه است:همان طور که میبیند چهار تا باتری 1.5
ولت را به روبورو وصل کرده ایم، این باتری ها هم تغذیه مدار و IC و
ترانزیستور ها را فراهم میکنند و هم تغذیه موتور ها را. آن خازن گنده هم که
کنار باتری لحیم شده است برای کم کردن نویز تغذیه است ... حالا نویز تغذیه
چی هست دیگر ....!در حقیقت ولتاژ الکترون های ورودی دقیقا 6 ولت نیست و
بالا و پایین میرود، به هزار دلیل مختلف، از نزدیک کردن یک موبایل به مدار
بگیرید تا روشن شدن ناگهانی موتور ها باعث تغییر ولتاژ ورودی میشود، این
خازن کارش کم کردن این تغییرات است ... اصولا خارن ها یکی از کارهایشان
همین است یعنی کم کردن نوسان های روی ولتاژ.میکرو کنترولر:IC
وسط مدار در حقیقت یک میکرو کنترولر است. میکرو کنترولر ها یک چیز هایی مثل
CPU کامپیوتر هستند، یک IC چند پایه که کار های مختلفی میتواند انجام دهد.
معمولا این IC ها باید برنامه ریزی شوند، تا بتوانند کاری که میخواهیم را
انجام دهند. در این جا هم ما یک میکرو کنترولر داریم که برای انجام دادن
کار های روبورو برنامه ریزی شده است. پایه های آن به سنسور ها و موتور ها
وصل است و یک پایه آن هم به کامپیوتر وصل میشود تا برنامه های شما را از آن
دریافت کند. همه مدیریت مدار با این IC است. شما به آن دستور میدهید و او
هم حرف شما را گوش میکند!درایور
موتور ها :درایور(driver) به معنی راننده است، در
حقیقت ما باید یک راننده برای موتور ها داشته باشیم تا حرف ما را گوش کند و
موتور ها را هدایت کند. این درایور ها را همان طور که میبینید با
ترانزیستور میسازند. حالا اصلا چرا این کار را انجام میدهیم؟ببینید، ما
میتوانیم پایه های میکرو را بر اساس برنامه ای که به آن داده ایم به صفر
منطقی یا یک منطقی ( یعنی 0 ولت یا 5 ولت ) ببریم. یعنی انرژی الکترون های
خروجی از پایه های میکرو را کنترل کنیم، اما نمیتوانیم این پایه ها را به
موتور ها وصل کنیم چون درست است که انرژی الکترون های خروجی میتواند 5 ولت
باشد اما تعداد آن ها نمیتواند زیاد باشد، در حقیقت میکرو نمیتواند تعداد
زیادی الکترون از توی خودش عبور دهد، اگر این اتفاق بیفتد میکروی ما داغ
میشود و میسوزد!برای همین ما باید به طریق دیگری جریان زیاد را به
موتور ها برسانیم ( موتور یک عنصری است که ماشالله هزار ماشالله خیلی جریان
میخورد!) برای همین از ترانزیستور ها استفاده کنیم، یادتان میآید که چه
توصیفی از ترانزیستور کردیم که؟ "یک شیر آب بر روی یک لوله از الکترون های
سرحال و قبراق"، ما شیر آب را هر وقت بخواهیم با کمک ولتاژ هایی که روی
پایه های میکرو می آید باز میکنیم تا جریان الکترون ها به داخل موتور
برقرار شود و آن را روشن کند! ... ساده بود نه؟!بخش سنسور ها:روبورو
6 تا سنسور دارد که همگی به پایه های میکرو وصل میشوند، میکرو مقدار ولتاژ
روی پایه های خود را میخواند و بر اساس آن و چیزی که شما به عنوان برنامه
به او داده اید عمل میکند. در حقیقت خروجی سنسور ها ولتاژ های مختلف است و
میکرو باید آن را به روشن یا خاموش تفسیر کند. این کار با کمک آن دو تا
دکمه قرمز رنگ کوچک انجام میشود، هر وقت شما یکی از آن دو تا را فشار دهید
میکرو مقدار ولتاژ روی پایه های خود را میخواند و آن را به عنوان معیار
ذخیره میکند .... از آن به بعد ولتاژ های زیر این مقدار خاموش و بالای آن
روشن در نظر گرفته میشود و شما میتوانید بر اساس آن برنامه های خود را
بنویسید ...خوب
این هم از روبورو ....شما الان کاملا به روبورو مسلط
هستید! ... چه احساسی دارید؟!برای آخرین بار توضیح و تکرار :1
- اگر کسی سوالی در مورد این مطالب و روبورو و روبوتیک و این ها دارد حتما
از مشاوران ما بپرسد.2 - اگر کسی
روبورو دارد و روبورو اش به حرفش گوش نمیدهد و یا خراب است با شرکت نادکو تماس بگیرد و بیخودی عزا نگیرد!3
- اگر کسی علاقه مند به شرکت در مسابقات روبوتیک است حواسش جمع باشد و
اخبار را پیگیری کنند چون همین روز ها است که شرایط و رشته های مسابقه
روبوتیک با روبات های روبورو را اعلام کنیم.منبع:تبیان نانوتکنولوژی باعث به وجود آمدن ابزار کوچک ،
سریع و ارزان با عملکرد های جدید شده است . تحولات نانوتکنولوژی در علوم
مختلف، سنسور ها ، کامپیوتر ها باعث ظهور نانو و میکرو ربات ها شده است.
میکرو و نانو ربات ها از یک سو با حجم زیادی
از اطلاعات سر و کار دارند و از سوی دیگر از طریق سنسور ها و عملگرها با
جهان فیزیکی در ارتباط هستند. نانورباتیکنانورباتیک علم
جدیدی است که شامل طراحی ، ساخت و برنامه نویسی نانو ربات است. نانورباتیک
در ارتباط با موارد زیر کاربرد دارد:1- ساخت ربات هایی با ابعاد نانو یا
ساخت میکرو ربات هایی که از اجزای نانومتر یک تشکیل شده اند.2- برنامه
نویسی ربات ها3- جابجایی ذرات نانومتریک و اسمبل کردن این ذرات حیطه
کاری نانو ربات ها درون بدن انسان است و می توانند مقدار ترکیبات مختلف را
در بدن نشان داده و اطلاعات را در حافظه داخلی خود ذخیره کنند. نانو ربات
ها قادر به معاینه یک بافت خاص بوده و خصوصیات بیوشیمیایی و بیومکانیک را
با جزئیات کامل بررسی می کنند و به طور کلی شناسایی محیط بیولوژیک را به
راحتی انجام می دهند. قابلیت های مطلوبی که یک نانو ربات باید داشته باشد
عبارتند از:نویسنده:
فاطمه مهندسی، پروفسور محرم حبیب نژاد کورایم
من از لیزیک میترسم با عینکم مشکل دارم