Onderzoekers van Concordia University hebben een robotplatform ontwikkeld dat chirurgen in de toekomst kan helpen om bloedstolsels veiliger en minder invasief te verwijderen. Het systeem combineert zachte microrobots met kunstmatige intelligentie en magnetische besturingstechnologie om zich nauwkeurig door complexe bloedvaten te bewegen.
De technologie is bedoeld voor behandelingen diep in het neurovasculaire systeem, waar traditionele katheterprocedures risico’s met zich meebrengen, zoals beschadiging of perforatie van kwetsbare vaatwanden.
Magnetisch navigeren
De kern van het systeem bestaat uit kleine, flexibele robots van een biocompatibel rubberachtig materiaal waarin magnetische micropartikels zijn verwerkt. Hierdoor kunnen de robots draadloos worden bestuurd met externe magnetische velden.
De zachte robotjes worden bevestigd aan de uiteinden van conventionele katheters of chirurgische draden. Via een krachtige permanente magneet, geplaatst op een robotarm met zes bewegingsassen, kunnen onderzoekers de positie en buiging van de robot zeer precies aansturen.
Volgens onderzoeker Ramin Sedaghati biedt deze vorm van magnetische aansturing belangrijke voordelen voor minimaal invasieve chirurgie. Traditionele katheters zijn relatief stijf, waardoor manoeuvreren in kleine of kronkelige bloedvaten risico’s kan opleveren. De zachte robots bewegen flexibeler mee met de anatomie van het lichaam en kunnen daardoor mogelijk veiliger navigeren. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Smart Materials and Structures.
Nauwkeurige besturing met AI
Een belangrijk onderdeel van het systeem is de inzet van kunstmatige intelligentie voor real-time controle en positionering van de robot. Anders dan veel bestaande magnetische robotsystemen, die werken met open-loopbesturing zonder continue terugkoppeling, meet dit platform voortdurend de positie van de robot tijdens de procedure.
De onderzoekers ontwikkelden hiervoor meerdere deep learning-modellen. Eén AI-model voorspelt hoe de robot reageert op veranderende magnetische krachten, zwaartekracht en vloeistofstromen zoals bloedstroming. Een tweede model analyseert beelden van hogesnelheidscamera’s om de exacte vorm en positie van de robotpunt in real-time te bepalen.
Dankzij deze gesloten controlesystemen kan de robot automatisch worden bijgestuurd wanneer externe factoren, zoals vloeistofdruk of bewegingen in het bloedvat, de positie beïnvloeden.
Volgens de onderzoekers verminderde het systeem de benodigde correcties tijdens navigatie met maximaal 77 procent in vergelijking met conventionele methoden. Ook was minder handmatige controle nodig.
Bewegingspatronen getest
Om de technologie te evalueren ontwikkelde het onderzoeksteam transparante vloeistofkanalen die de omstandigheden in menselijke bloedvaten nabootsen. Daarbij werd onder meer gekeken hoe nauwkeurig de robot vooraf bepaalde bewegingspatronen kon volgen onder verschillende magnetische omstandigheden en variërende vloeistofstromen.
De resultaten tonen aan dat het gesloten AI-gestuurde systeem stabieler en nauwkeuriger presteerde dan traditionele besturingsmethoden. Zelfs in omstandigheden die de bloedstroming in het menselijk lichaam simuleren, bleef de robot zeer precies manoeuvreren. De onderzoekers benadrukken dat het huidige onderzoek nog een proof-of-concept betreft, maar zien duidelijke mogelijkheden voor toekomstige toepassingen in de neurochirurgie en interventieradiologie.
Volgens het onderzoeksteam laat het project zien hoe materiaalkunde, robotica en AI steeds sterker samenkomen in de ontwikkeling van nieuwe medische technologieën. De verwachting is dat dergelijke zachte, magnetisch bestuurbare robots in de toekomst kunnen bijdragen aan veiligere behandelingen van aandoeningen zoals beroertes of diepgelegen bloedstolsels.
Het onderzoek werd geleid door promovendus Alireza Moezi in samenwerking met onderzoekers van de faculteit Mechanical, Industrial and Aerospace Engineering van Concordia University.
Magnetische microrobots
Vorig jaar ontwikkelden Zwitserse onderzoekers ook een microrobot die medicijnen gericht kan afleveren op specifieke plekken in het lichaam, zoals bloedstolsels, tumoren of infecties. De technologie moet bijdragen aan veiliger en effectiever behandelen, doordat medicijnen niet langer door het hele lichaam verspreid hoeven te worden.
De bolvormige robot bestaat uit een oplosbare gelcapsule met magnetische ijzeroxide-nanodeeltjes, waardoor hij via externe magnetische velden kan worden bestuurd. Dankzij toegevoegde tantaal-nanodeeltjes blijft de robot ook zichtbaar tijdens röntgenbeeldvorming. Met een speciaal ontwikkeld elektromagnetisch navigatiesysteem kan de microrobot door smalle bloedvaten manoeuvreren, zelfs tegen de bloedstroom in.
