Медицинские роботы с перистальтическим принципом движения

Полный текст:


Аннотация

Среди многочисленных микророботов, применяемых в медицине, можно выделить обширный класс роботов, использующий перистальтический принцип движения. Идея этого принципа позаимствована у самой природы и проверена тысячелетиями эволюции. Множество животных, в частности разнообразные черви, используют его для передвижения как в почве, так и по поверхности. Кроме того, некоторые трубчатые органы животных, в том числе человека, такие как гортань, пищевод, кишечник, мочеточники и др., также работают по перистальтическому принципу: чередуя сужение и расширение, они способствуют продвижению внутри себя биологического материала. Таким образом, применение столь естественного для живых организмов принципа обеспечивает высокую эффективность медицинских микророботов с перистальтическим принципом движения.Было изучено большое количество подобных роботов. Многие из них могут применяться (и применяются) вне медицины, например, для ремонта трубопроводов и диагностики их повреждений, для спасения людей после землетрясений, для рытья туннелей и скважин, и т. п. Рассматриваются именно те изделия, которые либо уже применяются на живых организмах в тестовом режиме, либо могут быть использованы в медицине после доработки. Изучаются различные конструктивные реализации перистальтического принципа с использованием электро- и серводвигателей, магнитов, металлов с памятью формы и т. д. Наибольшего успеха в данных областях достигли ученые Японии, Китая, Италии, США. Имеются и перспективные отечественные разработки.Рассматриваются наиболее оригинальные и интересные с конструкционной точки зрения микророботы, некоторые из которых могут применяться в клинических условиях. Их использование не ограничивается хирургией (точнее - малоинвазивной хирургией), а включает фармакологическое лечение и разнообразные методы диагностики.Приводятся общие требования к медицинским роботам и ограничения на их применение, перечисляются способы их возможного использования. Особое внимание обращается на обеспечение безопасности пациента во время хирургических операций и лечения с использованием микророботов. Помимо аллергии на некоторые химические вещества, пациентам может угрожать ожоги и поражение током в случае электрического управления, невозможность извлечения робота в случае сбоя и другие опасности. Рассматриваются способы избежания подобных инцидентов.

Об авторах

С. С. Гаврюшин
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Россия


К. Б. Даниленко
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Россия


Список литературы

1. Даниленко К.Б., Гаврюшин С.С. Использование перистальтического принципа движения в робототехнических системах // Нелинейная динамика механических и биологических систем: межвуз. науч. сб. Вып . 2. Саратов : Саратовский ГТУ , 2004. С . 132-144

2. Mangan E.V., Kingsley D.A., Quinn R.D., Chiel H.J. Development of a Peristaltic Endoscope // Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA '02). Vol. 1. IEEE Publ., 2002. P. 347-352. DOI: 10.1109/ROBOT.2002.1013385

3. Saga N., Nakamura T. Elucidation of Propulsive Force of Microrobot Using Magnetic Fluid // Journal of Applied Physics. 2002. Vol. 91, no. 10. P. 7003-7005. DOI: 10.1063/1.1452197

4. Dario P., Ciarletta P., Menciassi A., Kim B. Modeling and Experimental Validation of the Locomotion of Endoscopic Robots in the Colon // Proc. of the 8th International Symposium on Experimental Robotics - ISER. Springer Berlin Heidelberg, 2003. P. 445-453. DOI: 10.1007/3-540-36268-1_40

5. Sangok Seok, Onal C.D., Kyu-Jin Cho, Wood R.J., Rus D., Sangbae Kim. Meshworm: A Peristaltic Soft Robot With Antagonistic Nickel Titanium Coil Actuators // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2013. Vol. 18, no. 5. P. 1485-1497. DOI: 10.1109/TMECH.2012.2204070

6. Boxerbaum A.S., Shaw K.M., Chiel H.J., Quinn R.D. Continuous wave peristaltic motion in a robot // International Journal of Robotic Research. 2012. Vol. 31, no. 3. P. 302-318. DOI: 10.1177/0278364911432486

7. Nakazato Y., Sonobe Y., Toyama S. Development of an In-pipe Micro Mobile Robot Using Peristalsis Motion // Journal of Mechanical Science and Technology. 2010. Vol. 24, iss. 1. P. 51-54. DOI: 10.1007/s12206-009-1174-x

8. Cotta F., Icardi F., Zurlo G.T., Molfino R.M. Peristaltic Locomotion: Application to a Worm-Like Robot // Climbing and Walking Robots. Proceedings of the 8th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines (CLAWAR 2005) / ed. by M.O. Tokhi, G.S. Virk, M.A. Hossain. Springer Berlin Heidelberg, 2006. P. 501-508. DOI: 10.1007/3-540-26415-9_60


Дополнительные файлы

Для цитирования: Гаврюшин С.С., Даниленко К.Б. Медицинские роботы с перистальтическим принципом движения. Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2015;(1):1-11.

For citation: ., . . Machines and Plants: Design and Exploiting. 2015;(1):1-11. (In Russ.)

Просмотров: 79

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2412-592X (Online)