هذه الحساسات مصمّمة للمساعدة في العمليات الجراحيّة الروبوتيّة، وطباعة الأجهزة الطبيّة الحيويّة على سطح أو داخل الأعضاء المتحركة في جسم الإنسان.

قام المهندسون من جامعة مينيسوت وبتمويل من NIBIB بتطوير تقنية جديدة وهي؛ الطباعة ثلاثية الأبعاد لحسّاسات قائمة على الهيدروجيل مباشرةً على سطح الأعضاء المتحركة داخل جسم الإنسان، مثل الرّئتين.

حيث تم تطوير هذه التكنولوجيا لدعم العلاجات الطبيّة بمساعدة الرّوبوت.

أمّا بالنسية لفريق البحث فقد ضمّ مهندسين ميكانيكييّن وعلماء كمبيوتر بقيادة مايكل ماك ألبين وهو أستاذ في الهندسة الميكانيكية.

وأوضح المهندس الباحث مايكل ماك أنّه إلى جانب قدرة الروبوت على مساعدة الجراحين في إزالة الأورام من الرّئة يمكنه طباعة حساس ثلاثيّ الأبعاد على سطح الرّئة لمراقبة مدى جودةرالعملية ومتابعتها.

كما ويتوقع الباحثون أن تساعد هذه التّكنولوجيا الجديدة في تسهل الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد لمختلف الأجهزة الوظيفيّة (سواء على أو داخل جسم الإنسان).

على سبيل المثال، مثل طباعة مصفوفات الأقطاب الكهربائيّة التي تتفاعل مع الجهاز العصبيّ لعلاج الألام، والسّقالات الحيويّة مع الخلايا المهندسة التي يمكنها تجديد الأنسجة

بالإضافة إلى التّطبيق الفعّال والدّقيق للمواد الجراحيّة وترقيع الجلد.

وبينما يواصل ماك ألبين وزملاؤه تطوير التّطبيقات الطبيّة الحيويّة للطباعة ثلاثيّة الأبعاد قال مايكل ولفسون، وهو دكتور ومدير برنامج NIBIB في الأنظمة الحيويّة والرّوبوتيّة:

“إن فريق المهندسين المطور لهذه التقنية يحدّدون باستمرار المشكلات الطبيّة الحيويّة التي تحتاج إلى حلول تكنولوجيّة ثم يصمّمون ويبنون أنظمة متطوّرة لتلبية الحاجة.

ونظراً لأنّ هذا البحث لا يتعلّق فقط بالهندسة المبتكرة، فقد أظهروا أيضاً أن التّكنولوجيا تعمل في الأنظمة البيولوجيّة الواقعيّة “.

السبب الرئيسي لنجاح هذه التقنية

إنّ العامل الأساسي لنجاح هذه التّقنيّة؛ هو استخدام تقنيّة التقاط الحركة، والتي تشبه تلك المستخدمة في الأفلام وألعاب الفيديو.

حيث يستخدم صانعو الأفلام هذه التّقنية لتتبّع العناصر المتحرّكة في المشهد لإدراج مؤثرات خاصة بسلاسة أو تطبيقها على الممثلين لتحويلهم إلى شخصيات CGI (وهي شخصيات تمّ انشاؤها عن طريق رسومات ثلاثية الأبعاد باستخدام الكمبيوتر).

وقد أضاف هذا النوع من التّتبع “الحلقة المغلقة ” الكثير من الحرية للطباعة ثلاثية الأبعاد

فكانت النتيجة طباعة حساس بنجاح على سطح بيولوجي متحرك دون إضرار بالعضو.

مراحل تطوير طباعة الحساس الثلاثي الأبعاد

في البداية اختبر فريق المهندسون مشروعهم  بتثبيت النّظام الجديد على بالون أثناء نفخه وتفريغه من الهواء

وبعد ذلك انتقل الفريق إلى الطباعة على رئة حيوان في المختبر حيث تم نبضها بشكل إيقاعي مع الهواء لمحاكاة التّنفس.

ثمّ تم طباعة هيدروجيل خاص مدمج بأقطاب كهربائيّة حول محيطه لتشكيل خريطة حساس التّصوير المقطعي للمعاوقة الكهربائية (EIT).

علماً أنّ الجهاز قادر على التّمدد مع حركة السّطح الذي يعمل عليه، كما هو الحال عندما تتنفس الرّئتان للداخل وللخارج

وهي حركة يمكن للحساس أن ينقلها إلكترونياً لتتبّع الإجهاد على سطح الرئة في الوقت الفعلي أثناء توسعها وانكماشها.

وفي سياق هذا الموضوع، أوضح ماك ألبين أن قياس مرونة الرّئة باستخدام حساس EIT هو مجرد مثال واحد على قياس صحة العضو عن بعد باستخدام حساس مطبوع على سطحه.

فلا يزال يسعى فريق المهندسين إلى تطوير أنواع مختلفة من الحساسات التي يمكن تكييفها مع أعضاء مختلفة

مثل حساس مطبوع على قلب الإنسان لمراقبة وظائف القلب.

ختاماً

من المثير للاهتمام حقاً، أنهُ يُمكن أن تكون هذه التقنية أداة مفيدة في رعاية مرضى COVID-19.

فيما يخص ذلك، قال ماك ألبين: لقد بدأنا نتعلم الكثير عن تأثيرات COVID-19 على جسم الإنسان، ويمكن استخدام تقنيّة مثل هذه لمراقبة التّغيرات في وظائف الجهاز التنفسيّ أثناء وبعد الإصابة بفيروس كورونا”.

المصدر: اضغط هنا

• إعداد: المهندسة بانه سعد
• تدقيق: المهندسة سهى عبدو
• تحرير: المهندس بشار الحجي