Microrrobôs que monitoram o corpo

Quatro modelos de robôs flexíveis podem revolucionar os tratamentos médicos ao monitorar as funções fisiológicas do corpo humano – o funcionamento do coração, pressão arterial, estômago e bexiga. Esses dispositivos, produzidos a partir de nanocompósitos, são colocados no corpo de duas formas: por ingestão ou por cirurgia, dependendo da situação. Os dados dos indicadores de saúde são coletados em tempo real.

O estudo é liderado por cientistas da Universidade da Carolina do Norte e Chapel Hill (UNC), nos Estados Unidos, e a pesquisa foi publicada na Nature Communications. Dos quatro pequenos robôs, o mais avançado é o que verifica os indicadores cardíacos (imagem ao lado), pois foi testado em ratos vivos. Os outros três aguardam experimentos com seres vivos.

“(Os robôs) são projetados para se fixarem suavemente aos tecidos, reduzindo o estresse e possíveis danos. Inspirados em formas naturais como estrelas do mar e vagens, eles podem transformar suas estruturas para realizar diferentes tarefas com eficiência”, diz Lin Zhang (foto), líder do pesquisa, em comunicado à imprensa, acrescentando que a maleabilidade dos robôs permite que eles sejam fixados em tecidos com força especificamente moderada para desempenhar suas funções.

“Para aplicações dentro do corpo humano, a flexibilidade é fundamental. No estudo, ela permite que o mesmo ‘corpo’ do robô se mova dentro do organismo e ‘agarre’ algum órgão e faça medições e intervenções. um polvo ou outros invertebrados”, diz Roberto Baptista, pesquisador do Laboratório de Automação de Robôs da Universidade de Brasília (Lara-UnB).

Dupla açao

Fabricada no departamento de Ciências Físicas Aplicadas da UCN, a estrutura possui duas camadas interligadas por um bioadesivo intermediário. A primeira é a chamada “e-skin”, superfície externa do robô feita de polímeros que imita as propriedades físicas da pele, que contém sensores integrados que captam informações sobre deformação do material, pressão, acidez (pH) e temperatura. Além disso, são inseridos estimuladores, que permitem respostas físicas dependendo dos indicadores captados.

A segunda camada é feita com um hidrogel sensível à temperatura, que permite que os robôs se ativem e se adaptem dependendo desse fator. Segundo o artigo, ele desempenha o papel de um músculo artificial, oferecendo a força necessária aos movimentos dos robôs.

Funções

Os quatro modelos de robôs possuem a mesma base material, porém seu design varia de acordo com a função desempenhada. Para monitorar o fluxo e a pressão sanguínea, a proposta é uma forma de fita inserida cirurgicamente que envolve a artéria.

No caso de monitoramento e aplicação de medicamentos no estômago, o modelo do robô é plano para ingestão, mas se abre em arco quando chega ao estômago. Os outros dois protótipos possuem formatos semelhantes a pinças.

A pinça de quatro braços foi desenvolvida para verificar o volume da bexiga humana a fim de auxiliar em casos de incontinência urinária por transbordamento, em que o paciente tem dificuldade de perceber que a bexiga está cheia. O de seis braços, semelhante a um asterisco, monitora a atividade cardíaca e pode estimulá-la com impulsos elétricos.

Embora existam diversas aplicações pensadas pelos cientistas, os testes in vivo só foram realizados no caso do mais recente robô destinado a funções cardíacas. Além disso, o experimento de monitoramento cardíaco foi realizado apenas em ratos, sem menção de testes em humanos.

Os resultados da colocação em roedores demonstraram a eficácia dos sensores, a viabilidade de controle dos braços com base em leituras em tempo real e aceitação pelo organismo dos indivíduos. Os outros três dispositivos – estômago, bexiga e pressão arterial – foram aplicados apenas em modelos.

Baptista confirma que a investigação é promissora, nomeadamente porque combina a possibilidade de monitorização constante com dispositivos minimamente invasivos, mas destaca que é difícil prever quando os robôs UNC poderão ser efetivamente utilizados na clínica. “Mesmo nos países desenvolvidos esse tipo de tecnologia ainda é promissor e teremos um longo caminho a percorrer até chegar a um produto comercial. Tudo vai depender do custo-benefício.”

Para saber mais

Os microrobôs foram construídos a partir de uma combinação de materiais, que se apresentam em diferentes estados em um mesmo instrumento, a partir de nanocompósitos, compósitos em que uma fase, denominada dispersa ou particulada — tem pelo menos uma de suas dimensões menor que 100 nanômetros (nm). .

Roberto Baptista, pesquisador do Lara-UnB, explica que, no caso da pesquisa da UNC, os nanocompósitos são estruturas básicas que permitem o entrelaçamento de diferentes materiais, criando um “tecido”. “O material pode ter alta flexibilidade e as estruturas podem se comportar como motores e sensores. É como imaginar a diferença entre nossos músculos, nossa pele e um braço robótico movido por um motor elétrico”, destaca.

Segundo Borges, o fato de combinar elementos atuadores e sensores em um mesmo dispositivo os aproxima do modelo de estruturas biológicas. “Assim como existem sensores de temperatura, umidade e força, que convertem essas grandezas em grandezas elétricas, há atuadores que fazem o contrário, convertendo grandezas elétricas em temperatura ou força. A sua utilização no corpo humano traz enormes desafios de integração”, afirma.

Geovany Borges, coordenador do Lara-UnB, destaca que o princípio dos nanocompósitos pode ser entendido a partir de termômetros antigos: a diferença do estado do mercúrio e do vidro em resposta à temperatura é o que possibilitou verificar a febre. “Em alguns sensores eletrônicos o princípio é semelhante. E esses princípios estão presentes em alguns nanocompósitos, o que permite fazer sensores com eles”, finaliza o cientista.

*Estagiário sob supervisão de Renata Giraldi

O que são nanocompósitos

Os microrobôs foram construídos a partir de uma combinação de materiais, que se apresentam em diferentes estados em um mesmo instrumento, a partir de nanocompósitos, compósitos em que uma fase, denominada dispersa ou particulada — tem pelo menos uma de suas dimensões menor que 100 nanômetros (nm). .

Roberto Baptista, pesquisador do Lara-UnB, explica que, no caso da pesquisa da UNC, os nanocompósitos são estruturas básicas que permitem o entrelaçamento de diferentes materiais, criando um “tecido”. “O material pode ter alta flexibilidade e as estruturas podem se comportar como motores e sensores. É como imaginar a diferença entre nossos músculos, nossa pele e um braço robótico movido por um motor elétrico”, destaca.

Segundo Borges, o fato de combinar elementos atuadores e sensores em um mesmo dispositivo os aproxima do modelo de estruturas biológicas. “Assim como existem sensores de temperatura, umidade e força, que convertem essas grandezas em grandezas elétricas, há atuadores que fazem o contrário, convertendo grandezas elétricas em temperatura ou força. A sua utilização no corpo humano traz enormes desafios de integração”, afirma.

Geovany Borges, coordenador do Lara-UnB, destaca que o princípio dos nanocompósitos pode ser compreendido a partir de termômetros antigos: a diferença do estado do mercúrio e do vidro em resposta à temperatura é o que possibilitou verificar a febre. “Em alguns sensores eletrônicos o princípio é semelhante. E esses princípios estão presentes em alguns nanocompósitos, o que permite fazer sensores com eles”, finaliza o cientista.