TrainBots: Ein neuer Minirobotertyp, der zur Verbesserung medizinischer Verfahren beitragen könnte

Ein Team innovativer Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) hat einen neuen Typ von Minirobotern namens TrainBots vorgestellt, der unter anderem zur Verbesserung medizinischer Verfahren beitragen könnte.

A team of innovative researchers from the German Cancer Research Center (DKFZ) has introduced a new type of mini robot called TrainBots that could help improve medical procedures and more. These new units can accomplish tasks such as linking up with other bots and navigating complex bodily passages like those found in your intestine. Here's what you need to know about TrainBots and how they could help improve the lives of millions one day.

Ein Team innovativer Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) hat einen neuen Typ von Minirobotern namens TrainBots vorgestellt, der unter anderem zur Verbesserung medizinischer Verfahren beitragen könnte. Diese neuen Einheiten können Aufgaben wie die Verbindung mit anderen Bots und die Navigation durch komplexe Körperpassagen wie die in Ihrem Darm erledigen. Hier erfahren Sie, was Sie über TrainBots wissen müssen und wie sie eines Tages dazu beitragen könnten, das Leben von Millionen Menschen zu verbessern.

Mini Robots in Healthcare

Miniroboter im Gesundheitswesen

Mini robots continue to find a home in the healthcare sector. These devices have now been used to diagnose, deliver treatment, and more. Mini robots are characterized by their tiny nature with most measuring between a nanometer and a centimeter. Notably, these devices bring a lot to the table for healthcare workers. For one, they can help to access hard-to-reach areas and play a vital role in many new non-invasive surgical procedures. As such, there’s a strong demand for these services across the market. However, these tiny robots are limited in many ways.

Miniroboter finden weiterhin im Gesundheitswesen ein Zuhause. Mittlerweile werden diese Geräte zur Diagnose, Behandlung und mehr eingesetzt. Miniroboter zeichnen sich durch ihre Winzigkeit aus, wobei die meisten zwischen einem Nanometer und einem Zentimeter messen. Vor allem für das Personal im Gesundheitswesen bringen diese Geräte viele Vorteile. Einerseits können sie den Zugang zu schwer zugänglichen Bereichen erleichtern und bei vielen neuen nicht-invasiven chirurgischen Eingriffen eine wichtige Rolle spielen. Daher besteht auf dem gesamten Markt eine starke Nachfrage nach diesen Dienstleistungen. Diese winzigen Roboter sind jedoch in vielerlei Hinsicht begrenzt.

Problems with Mini Robots Today

Probleme mit Minirobotern heute

One of the main issues surrounding mini robots in healthcare is the same reason they are excellent in many scenarios: their tiny size. The sheer minuscule nature of these robotics means that they can't move or carry anything that requires a lot of force. For example, it would be impossible for a single mini robot to deploy a long and thin catheter or reset soft tissues and open up a structure. Both of these tasks require a lot more power to get the instruments in place as they can range in size from  2–13 mm in diameter and stretch over half a meter long.

Eines der Hauptprobleme im Zusammenhang mit Minirobotern im Gesundheitswesen ist der gleiche Grund, warum sie in vielen Szenarien hervorragend sind: ihre geringe Größe. Aufgrund der winzigen Natur dieser Robotik können sie nichts bewegen oder tragen, was viel Kraft erfordert. Beispielsweise wäre es für einen einzelnen Miniroboter unmöglich, einen langen und dünnen Katheter einzusetzen oder Weichteile zurückzusetzen und eine Struktur zu öffnen. Beide Aufgaben erfordern viel mehr Kraft, um die Instrumente an Ort und Stelle zu bringen, da sie einen Durchmesser von 2 bis 13 mm haben und eine Länge von über einem halben Meter haben können.

Additionally, it's very slippery inside the human body. Organs are covered in soft biological tissue. When coupled with the complex navigation required, it's easy to see why a stronger more capable noninvasive alternative is preferred versus the current method of using small cameras and a manual professional to guide the treatments into place.

Darüber hinaus ist es im menschlichen Körper sehr rutschig. Organe sind mit weichem biologischem Gewebe bedeckt. In Verbindung mit der erforderlichen komplexen Navigation ist es leicht zu erkennen, warum eine stärkere und leistungsfähigere nichtinvasive Alternative gegenüber der aktuellen Methode mit kleinen Kameras und einem manuellen Fachmann zur Durchführung der Behandlungen bevorzugt wird.

TrainBots Could Change this Scenario

TrainBots könnten dieses Szenario ändern

The concept of a TrainBot, a mini robot with the capability to link with other devices could be the answer according to a recent study. These purpose-built micro-robotics were designed to navigate the distances of the human body precisely and with minimal effort. As part of this strategy, DKFZ researchers significantly improved the current nanorobotics standards.

Das Konzept eines TrainBot, eines Miniroboters mit der Fähigkeit, sich mit anderen Geräten zu verbinden, könnte laut einer aktuellen Studie die Antwort sein. Diese speziell entwickelten Mikroroboter wurden entwickelt, um die Entfernungen des menschlichen Körpers präzise und mit minimalem Aufwand zu bewältigen. Im Rahmen dieser Strategie haben DKFZ-Forscher die aktuellen Nanorobotik-Standards deutlich verbessert.

Source – DKFX TrainBots Study

Quelle – DKFX TrainBots-Studie

TrainBots Get New Feet

TrainBots bekommen neue Füße

One of the biggest upgrades to the mini robot platform is improved gripping. The researchers realized that one of the main issues is a lack of gripping force which can lead to small robotics slipping, resulting in excess energy requirements for minimal movement. To improve this issue, the team added spiked appendages.

Eine der größten Verbesserungen der Mini-Roboterplattform ist die verbesserte Greifbarkeit. Die Forscher erkannten, dass eines der Hauptprobleme ein Mangel an Greifkraft ist, der dazu führen kann, dass kleine Roboter verrutschen, was zu einem übermäßigen Energiebedarf für minimale Bewegung führt. Um dieses Problem zu beheben, fügte das Team mit Stacheln versehene Anhänge hinzu.

These protruding nodes help distribute contact across the surface of body appendages. Additionally, the design and angle of each foot were optimized to improve driving and actuating forces, enabling TrainBots to move more efficiently and with less effort.

Diese hervorstehenden Knoten helfen dabei, den Kontakt über die Oberfläche der Körperanhänge zu verteilen. Darüber hinaus wurden Design und Winkel jedes Fußes optimiert, um die Antriebs- und Betätigungskräfte zu verbessern, sodass sich TrainBots effizienter und mit weniger Kraftaufwand bewegen können.

Wireless Control for TrainBots

Drahtlose Steuerung für TrainBots

Another vital aspect of the research is the control system. The tiny robots leverage a permanent magnetic set-up which enables them to be wirelessly controlled by healthcare professionals. Specifically, a rotating magnetic field enables TrainBots to link up and move in unison, improving driving force significantly, and allowing surgeons to control vital aspects such as speed and rotation.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Forschung ist das Kontrollsystem. Die winzigen Roboter nutzen einen permanentmagnetischen Aufbau, der es ihnen ermöglicht, sie von medizinischem Fachpersonal drahtlos zu steuern. Insbesondere ermöglicht ein rotierendes Magnetfeld den TrainBots, sich zu verbinden und sich gemeinsam zu bewegen, was die Antriebskraft erheblich verbessert und es Chirurgen ermöglicht, wichtige Aspekte wie Geschwindigkeit und Rotation zu steuern.

Connected

Verbunden

The coolest aspect of these tiny machines is their ability to link and connect to form a larger robot with more power. These devices can work together to provide valuable services when needed. For example, several individual robots can be linked to create enough power to transport an endoscopic instrument. The convoy provides the necessary actuating force to enable healthcare professionals to leverage it for precise surgical procedures.

Der coolste Aspekt dieser winzigen Maschinen ist ihre Fähigkeit, sich zu einem größeren Roboter mit mehr Leistung zu verbinden und zu verbinden. Diese Geräte können zusammenarbeiten, um bei Bedarf wertvolle Dienste zu leisten. Beispielsweise können mehrere einzelne Roboter miteinander verbunden werden, um genügend Energie für den Transport eines endoskopischen Instruments zu erzeugen. Der Konvoi stellt die notwendige Betätigungskraft bereit, damit medizinisches Fachpersonal ihn für präzise chirurgische Eingriffe einsetzen kann.

Testing TrainBots

TrainBots testen

Testing for the TrainBot concept included a simulated surgical procedure. The process used pig organs, which operate in an environment similar to the human body. The pig organ showed signs of bile duct blockage which is a common disease in humans.

Die Tests des TrainBot-Konzepts umfassten einen simulierten chirurgischen Eingriff. Bei dem Verfahren wurden Schweineorgane verwendet, die in einer dem menschlichen Körper ähnlichen Umgebung funktionieren. Das Schweineorgan zeigte Anzeichen einer Gallengangsverstopfung, einer häufigen Erkrankung beim Menschen.

Using TrainBots to Reduce Risks of Bile Duct Cancer

Verwendung von TrainBots zur Reduzierung des Risikos von Gallengangskrebs

Bile duct obstructions occur over time in affected individuals which can lead to bile buildup and serious diseases including cancer. The current method of treating this common ailment is for healthcare professionals to insert a camera in your mouth and navigate it manually through the small intestine to determine the blockage site.

Bei betroffenen Personen kommt es im Laufe der Zeit zu Verstopfungen des Gallengangs, die zu Gallenstau und schweren Krankheiten wie Krebs führen können. Die derzeitige Methode zur Behandlung dieser häufigen Erkrankung besteht darin, dass medizinisches Fachpersonal eine Kamera in Ihren Mund einführt und sie manuell durch den Dünndarm navigiert, um die Verstopfungsstelle zu bestimmen.

Using TrainBots, researchers were able to remove the blockage with minimal effort. The process began by connecting three TrainBots to generate enough pulling power to drag a 25 cm long wire electrode through the pig's small intestine. Notably, the tube was 3.5x the weight of the Trainbots.

Mithilfe von TrainBots konnten Forscher die Blockade mit minimalem Aufwand beseitigen. Der Prozess begann mit der Verbindung von drei TrainBots, um genügend Zugkraft zu erzeugen, um eine 25 cm lange Drahtelektrode durch den Dünndarm des Schweins zu ziehen. Bemerkenswerterweise war die Röhre 3,5-mal so schwer wie die Trainbots.

TrainBots Results

TrainBots-Ergebnisse

The trainBots successfully delivered their cargo in place. Once the tip of the wire was properly located next to the bile buildup, the researchers applied a small electrical charge to break down the blockage and free the intestinal pathway. This process is called electrocauterization and it's just one of many procedures that TrainBots are designed to improve.

Die TrainBots lieferten ihre Fracht erfolgreich an Ort und Stelle ab. Sobald sich die Spitze des Drahtes richtig neben der Gallenansammlung befand, legten die Forscher eine kleine elektrische Ladung an, um die Blockade aufzulösen und den Darmweg freizugeben. Dieser Vorgang wird Elektrokauterisation genannt und ist nur eines von vielen Verfahren, die TrainBots verbessern sollen.

Benefits Trainbots Bring to the Market

Vorteile, die Trainbots auf den Markt bringen

The concept of tiny robots that can help healthcare workers complete complex procedures with more precision has many

Das Konzept winziger Roboter, die Mitarbeitern im Gesundheitswesen dabei helfen können, komplexe Eingriffe präziser durchzuführen, hat viele