Raffaele Salvemini

Il MIT presenta Origami Robot: sarà in grado di portare farmaci nel corpo umano

Durante la conferenza ICRA 2015, evento dedicato alla robotica e all’automazione tenutosi a Seattle dal 26 al 30 maggio 2015, i ricercatori del MIT hanno presentato un particolare piccolo robot in grado di muoversi su qualsiasi superficie e nuotare sfruttando i campi elettromagnetici.

©IEEE Spectrum

Si tratta dell’Origami Robot e deve il suo nome alla capacità di autoassemblarsi. Non è la prima volta che si parla di robot assemblati con la tecnica degli origami, in passato avevamo parlato di nanorobot umanoidi a DNA autoassemblanti ideati al Politecnico di Monaco di Baviera.

Secondo i ricercatori del MIT, l’Origami Robot potrà essere sfruttato anche all’interno del corpo umano, per portare farmaci dove necessario o svolgere altre operazioni medicali.

All’interno di due strati di un foglio di carta o polistirene di 1.7 cm e 0.31 g di peso, sono stati inseriti elementi in PVC tagliati con laser e un magnete. Appoggiato su una superficie calda, il PVC si contrae e il foglio si piega lungo precise direzioni. A questo punto il robot è pronto a muoversi sotto l’azione di un campo magnetico esterno alla velocità di 3-4 cm/s, ed è in grado di spostare anche carichi fino al doppio del suo peso.

 

©IEEE Spectrum

Il motore del robot è costituito da un magnete permanente al neodimio e il campo magnetico esterno è generato da quattro micro-bobine. Il campo magnetico è direzionale e viene attivato/disattivato ad una frequenza di 15 Hz. Quindi il magnete all’interno del foglio oscilla avanti e indietro, permettendo il movimento del robot.

E’ proprio l’asimmetria da cui è caratterizzato il suo design e l’equilibrio fuori-centro che gli permettono di compiere anche movimenti più complessi come l’arrampicarsi e il nuotare.

Il robot è inoltre in grado di autodistruggersi dissolvendosi in una soluzione di acetone. L’obiettivo finale sarà quello di rendere biodegradabile il robot permettendo la dissoluzione all’interno del corpo umano. In questo caso sarà necessario sostituire il PVC con un altro materiale e rendere il robot di dimensioni minori.

Header image credits: Ackerman/IEEE Spectrum

BioPen, a 3D printing pen to rebuild bones

We had already talked about devices like 3Doodler who put 3D printing literally in the hands of consumers. is the time, now, of a device for “most experienced hands”: those of the surgeons.

It’s called BioPen and has been designed and developed at the University of Wollongong (UOW) in Australia. This tool is designed to allow surgeons to “draw” live cells and growth factors directly on the site of an injury in order to help speed up the regeneration of bone or cartilage.

medgadget.com

Instead of plastic filaments, BioPen extrudes the cellular material within a biopolymer (eg alginate) which is in turn enclosed in an outer layer of gel material. Both layers, external and internal, are combined inside the head of the pen. The surgeon’s task will be to “draw” directly on the affected part, filling, for example, a section of damaged bone.

As soon as the material is ejected from the pen, thanks to the action of a source of ultraviolet light at low power fixed on BioPen, it is solidified. This allows the doctor to create a 3D scaffold layer by layer.
Once positioned within the wound, the cells differentiate into nerve, muscle or bone to form functional tissue. But the device is not only thought to cells, is in fact conceived also for the initialization of growth factors or other types of medication. The researchers argue that the BioPen bring advantages in operating rooms and for its accuracy and for ease of transport.

“This type of treatment may be suitable for the repair of bones severely damaged and for the recovery of cartilage, for example, in the case of sports injuries or in case of road accidents,” says Professor Choong. “The research team of Professor Wallace combining stem cell science and polymer chemistry to help surgeons in the design and customization of solutions for bone reconstruction in real time.”

The team distributed the pen to the doctors of the St Vincent’s Hospital in Melbourne, led by Professor Peter Choong, who will work to perfect the cellular material for use in clinical trials.

Header image credits: designboom.com

Un nuovo braccio robotico per tetraplegici comandato col pensiero

Un nuovo ed innovativo braccio robotico comandato direttamente col pensiero grazie a microelettrodi impiantati nel cervello ha dato la possibilità a Erik G. Sorto, paralizzato da 13 anni a causa di un danno spinale, di afferrare un bicchiere per bere.

©popularmechanics.com

Il soggetto paralizzato riesce così a comandare il braccio, pensando solo all’obiettivo da raggiungere. Lo studio pubblicato su “Science” dimostra come l’approccio innovativo,  frutto di una collaborazione tra il California Institute of Technology, University of Southern California e Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center, abbia permesso di superare alcuni importanti limiti che si riscontravano con le neuroprotesi realizzate fino ad ora.

Infatti, la tecnica più usata prevede l’impianto di microelettrodi nell’area crebrale che controlla il movimento: la corteccia motoria. Tale movimento è però affetto da due disturbi: un leggero tremore e un ritardo rispetto all’input del paziente.

L’idea vincente è stata quella di sfruttare, come sede per gli elettrodi, un’altra area cerebrale: la corteccia parietale posteriore. Essa è deputata alle funzioni cognitive superiori, come la formulazione dell’intenzione di effettuare un movimento. In questo modo è stato possibile eliminare quel ritardo presente con i precedenti sistemi ottenendo un movimento più fluido e simile al movimento reale. Infatti, la corteccia parietale posteriore è posta all’inizio del cammino neurale che arriva fino agli arti.

Il nuovo meccanismo ha quindi portato ad avere un risultato semplicemente pensando al movimento, come avviene in situazioni normali, senza pensare a quali muscoli dover attivare e senza pensare ai dettagli del movimento.

Erik Sorto ha iniziato dal 2013 un programma di addestramento che gli ha permesso prima di poter comandare il cursore di un computer arrivando oggi a gestire un braccio robotico.

 

 

Pavia: un progetto per stampare organi in 3D per aiutare la chirurgia

Forse la biomedica è uno dei campi in cui la stampa 3D ha dato un maggiore contributo, favorendo una vera e propria rivoluzione. In particolare, un settore che ha visto l’avvento di tale  tecnologia è quello della chirurgia.

Utilizzare un modello 3D dell’anatomia del paziente, guardarlo e analizzarlo da angolazioni differenti, mi permette di pianificare ed eseguire interventi in modo più efficiente.

Spiega così il prof. Andrea Pietrabissa, del Policlinico San Matteo di Pavia, che ormai utilizza abitualmente modelli anatomici stampati in 3D, ricostruiti a partire da immagini TAC del paziente. In particolare, il 50% della chirurgia pancreatica e il 100% di quella splenica e renale sono eseguiti sfruttando le potenzialità dei modelli stampati in 3D.

Il progetto dell’Università di Pavia nasce dalla necessità di una maggior efficienza degli strumenti di pianificazione –racconta l’ingegnere biomedico Chiara Trentin a Close-up Engineering– che ad oggi sono CT e ricostruzioni virtuali automatiche (Osirix) che però non sono efficaci per la chirurgia addominale (troppo poco contrasto tra le strutture).

©universitiamo.eu

Il chirurgo può pianificare, avendo un modello dell’anatomia del paziente stampato in 3D, gli interventi di laparoscopia e chirurgia robotica, in cui la visione è molto diversa da quella della chirurgia tradizionale. La chirurgia robotica necessita di pianificare accessi operatori (posizionamento trocart) e spazi di manovra”.

L’iter prevede una elaborazione delle immagini TAC o di Risonanza Magnetica del paziente fornite dal chirurgo; le immagini vengono utilizzate per la ricostruzione tridimensionale del modello anatomico virtuale, e la stampante 3D fa il resto.

Altri campi applicativi esplorati dal team di ricerca includono la chirurgia ortopedica e otorino-laringoiatrica.

Il laboratorio Proto-Lab

Il laboratorio Proto-Lab ha in dotazione una stampante Objet 30 Pro3D Stratasys (solo per modelli anatomici) e altre per scopi di ricerca sui materiali e produzione di strumentazione chirurgica e da laboratorio.
La stampante in dotazione ha un’elevata risoluzione e stampa modelli in ben 7 differenti materiali (rigidi, opachi, trasparenti, ad alte temperature e simil-polipropilene), un materiale alla volta. Con questa tecnologia si è capaci di stampare modelli fino ad un massimo di 294x192x148.6 mm e con uno spessore che parte da 28 µm per i materiali opachi fino a 16 µm per quelli trasparenti.
Un altro prodotto utilizzato nel laboratorio è la stampante Leapfrog Creatr (a media risoluzione, con uno spessore tra 50 e 350 µm). La dimensione di stampa arriva a 230x270x200 mm. È equipaggiata con un doppio estrusore che permette una stampa simultanea di due materiali alla volta.

La 3NTR A4 è invece basata sulla tecnica di Fused Deposition Modeling (FDM): la stampante costruisce l’oggetto rilasciando il materiale fuso attraverso un ugello. È una stampante ad alta risoluzione con una precisione di posizionamento di 11 µm sul piano X-Y e di 5 µm sull’asse Z. La dimensione di stampa arriva fino a 300x200x200 mm. Anche questa è equipaggiata con doppio estrusore che permette la stampa simultanea di due materiali alla volta. Ha inoltre un range elevato di colori e materiali (ABS, PLA, PVA, nylon, laybrick).

Crowdfunding e prospettive future

“Al momento –conclude Chiara-, la strumentazione in nostro possesso non ci permette di implementare un  vero e proprio servizio integrato in grado di rispondere ai chirurghi rispettando le tempistiche della pratica clinica. Abbiamo quindi bisogno di strumentazione dedicata che permetta maggiore velocità realizzativa e abbattimento dei costi, nonché di personale qualificato. L’idea finale è quella di arrivare ad erogare un servizio a livello regionale o nazionale, ad ora si tratta solo di un progetto accademico e locale.

Abbiamo avviato, dunque, una campagna di crowdfunding. Ci siamo dati tre obiettivi ad impatto crescente:

  • Target iniziale: 40.000€, servizio pilota a livello locale (stampante dedicata, materiale di stampa e personale part-time).
  • Target intermedio: 70.000€, servizio a livello regionale (stampante dedicata di livello superiore, materiale di stampa e personale full-time)
  • Target finale: 120.000€, servizio a livello nazionale/internazionale (stampante dedicata di livello superiore, materiale di stampa e personale full-time)”.

©Close-up Engineering – Riproduzione riservata

 

 

EYE, Enhance Your Eye, Close-up Engineering

EYE: il futuro degli occhi è 3D bioprinting

MHOX è uno studio di design generativo che sviluppa estensioni corporee, oggetti e sistemi che integrano il corpo umano per mutarne le potenzialità estetiche e funzionali. Oltre al design di prodotto, lo studio esplora processi e condizioni di alterazione, mutazione e metamorfosi corporea, creando azioni di comunicazione e programmi formativi.

Design generativo

“Il design generativo -spiega Filippo Nassetti, partner e lead designer di MHOX, a Close-up Engineering– è un insieme di tecniche e sensibilità finalizzare a simulare digitalmente processi e fenomeni naturali e biologici (come si organizzano le cellule in un tessuto, come crescono organismi vegetali…), e a utilizzare queste simulazioni per finalità di design”.

Lo studio crea un framework integrato col quale il corpo dell’utente, tramite scansione, è acquisito in ambiente digitale; attraverso simulazioni di fenomeni biologici è generata la forma degli oggetti personalizzandola sul corpo. La produzione avviene tramite stampa 3D e altre tecniche di fabbricazione digitale.

EYE: Enhance Your Eye

Nell’ultimo anno lo studio ha lavorato al progetto EYE  (Enhance Your Eye): estensione visiva in 3d bioprinting.
I recenti sviluppi di biohacking e 3d bioprinting lasciano immaginare che in un prossimo futuro sarà possibile stampare componenti corporee organiche e funzionali, consentendo all’essere umano di rimpiazzare distretti danneggiati o aumentarne le potenzialità standard.
Questo progetto è basato sull’idea di estendere il senso della vista, integrando le funzionalità dell’occhio con altre attualmente gestite da differenti parti del corpo o da dispositivi esterni.

La gamma di prodotti EYE (Enhance Your Eye) include tre modelli: EYE HEAL, EYE ENHANCE, EYE ADVANCE.

  • EYE HEAL rimpiazza le funzionalità standard dell’occhio, fornendo una cura alle malattie e traumi della vista.
  • EYE ENHANCE potenzia la vista fino a 15/10, grazie alla sua hyper-retina. Inoltre, la ghiandola visiva inclusa consente di filtrare esteticamente il segnale visivo. I filtri (vintage, bianco e nero, …) possono essere attivati o cambiati ingerendo le apposite pillole EYE.
  • EYE ADVANCE, oltre alle dotazioni degli altri modelli, offre l’abilità di registrare e condividere l’esperienza visiva, grazie alla ghiandola inclusa che supporta la comunicazione wi-fi. Una volta attivata la modalità wi-fi grazie all’apposita pillola, è possibile connettere EYE a dispositivi esterni e utilizzarlo come una fotocamera.

Tutti i prodotti della gamma EYE possono essere personalizzati per conservare o cambiare la morfologia della retina, e conseguentemente l’identità dell’utente.

Source: MHOX

L’installazione dell’estensione EYE necessita inizialmente di un’operazione chirurgica finalizzata all’installazione del Deck, la tecnologia di interfaccia che connette i muscoli al cranio e il nervo ottico al cervello. Successivamente, i modelli EYE possono essere facilmente intercambiati dall’utente senza necessità di interventi chirurgici ulteriori. Oltre a consentire l’uso di diverse estensioni in diversi contesti, il sistema si presta a un semplice aggiornamento hardware.

Tutti i modelli EYE sono prodotti tramite 3d bioprinting. Le tecnologie di 3d bioprinting consentono ai biodesigner di stampare direttamente organi e organismi completamente funzionali.
La stampante utilizza uno speciale ago che depone i diversi tipi di cellule necessarie a ricreare i diversi tessuti dell’EYE. Queste cellule sono contenute in una speciale sostanza chiamata bio-ink e la stampante può scambiare tra diversi bio-ink per creare diversificazione nei tessuti. Una volta che le cellule sono deposte si aggregano autonomamente. Di conseguenza, i prodotti EYE sono completamente organici.

Da una collezione di occhi di vetro al 3D bioprinting

EYE -conclude il designer- è un design concept che ha come unica base scientifica l’osservazione delle tendenze e degli sviluppi nel campo delle tecnologie di 3D bioprinting. L’obiettivo del progetto EYE è essenzialmente quello di contribuire a sviluppare una sensibilità nei confronti di quello che che potrebbe essere possibile nel giro di qualche decennio. Vogliamo divulgare questi concetti legati alle tecnologie con l’obiettivo di renderli accessibili ad un maggior numero di persone, in quanto riteniamo che questo possa contribuire a creare interesse e un maggior investimento di energie nella ricerca, con conseguente accelerazione e miglioramento dei risultati”.”Stavo volando sopra l’Europa di ritorno in Italia dopo un paio di settimane a Londra -racconta Nassetti-. Il pomeriggio prima avevo visto in una mostra al Barbican una collezione di occhi di vetro antichi, che aveva colpito la mia immaginazione. Sull’aereo stavo leggendo le dichiarazioni di Will.i.am circa la possibilità di stampare 3d esseri umani .
L’ispirazione è arrivata lì, immagino sia stata una connessione inconscia delle due cose.

L’uscita sul mercato dei prodotti EYE è prevista per il 2027.

©Close-up Engineering – Riproduzione riservata

Minion, portable DNA sequencer to identify Virus and Bacteria

MinION

A portable DNA sequencer can be used to distinguish between specific strains of bacteria and viruses in just six hours, according to a study published on GigaScience.

MinION -this is the name of the device designed by Oxford Nanopore Technologies- is the first sequencing device with nanopores product for independent use. The USB-powered sequencer contains thousands of wells, each containing nanopores, narrow canals protein capable of passing a single strand of DNA. When DNA enters the channels, each base produces a unique electronic signature that can be detected by the system which, in turn, provides a reading of the DNA sequence.

To test the applicability of the device for the detection of diseases in remote areas, the researchers of Edgewood Chemical Biological Center in Maryland, Defense Threat Reduction Agency in Virginia and Signature Science used the MinION to sequence known samples of amplified DNA of the bacterium E. coli and three poxvirus.

MinION

By means of a first DNA amplification, before performing the test through the device, scientists have been able to overcome the error rate of 30% reported with MinION for the correct identification of E. Coli, although not the specific strain

The researchers found that the data of the nanopore sequencing could also be used to distinguish between cowpox, Lister and MVA strain , despite the two strains are identical to each other for 98 percent.

Our results are very important because we have, for the first time, informed the community that this technology can be incredibly useful at its current state- said study co-author Andrew Kilianski of Edgewood Chemical Biological Center in a statement.

On the other hand, however, as the authors explained, currently, the need to amplify the DNA to create a detectable sample is a big obstacle, and the method can not work on more complex samples that comprise “guest” DNA .

Header image credits: coolthings.com


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