בקרת מיקרו -ובוטים עם דיוק קיצוני היא חיונית בהליכים כירורגיים עדינים, אך מערכות משוב מסורתיות הן מגושמות ותלויות חיצוניות. כעת, החוקרים פיתחו רובוט כירורגי זעיר שרואה ומתקן את תנועותיו מבפנים. על ידי הטמעת מצלמה מיניאטורית ושימוש במעקב חזותי פנימי, המערכת מאפשרת תיקון עצמי בזמן אמת במהלך התנועה, ומבטלת את הצורך בחיישנים חיצוניים. עם בקרת לולאה סגורה, רובוט זה בהשראת אוריגמי השיג דיוק ברמת המיקרומטר ויציבות-אפילו תחת כוחות חיצוניים. החדשנות מסמנת את ההפגנה הראשונה של משוב חזותי פנימי במערכות מיקרו-רובוטיות וסוללת את הדרך לכלים כירורגיים קומפקטיים ואוטונומיים המסוגלים לפעול עמוק בגוף האדם.
במיקרו -ניתוח, כל מיקרון חשוב. השגת תנועה מדויקת במכשירים רובוטיים מסובכת על ידי כוחות סביבתיים, רעידות משתמשים והמגבלות של מפעילים קונבנציונליים. למרות שקורות פיזואלקטריות מציעות כוח ותגובה מצוינות, הן נאבקות עם סחף והיסטריה אלא אם כן בתוספת משוב בזמן אמת. מרבית המערכות מסתמכות על מצלמות חיצוניות או חיישני מתח לתיקון, אך אלה מציגים אתגרים בתפזורת וחיווט בעייתית במיוחד עבור יישומים פולשניים מינימלית. בינתיים, מנגנונים תואמים מבטיחים תנועה קומפקטית ונטולת התנגשות אך עדיין דורשים חישה מדויקת להיות בר-קיימא במסגרות קליניות. בשל אתגרים אלה, יש צורך דחוף לפתח מערכת משוב פנימית קלה, ברזולוציה גבוהה, כדי לאפשר שליטה מיקרובוטית יציבה ואוטונומית.
בקידום חלוצי, חוקרים ממכללת אימפריאל קולג 'בלונדון ואוניברסיטת גלזגו יצרו את המיקרובוט הראשון השולט בתנועה שלה באמצעות משוב חזותי לחלוטין. פורסם (doi: 10.1038/s41378-025-00955-x) ב- 29 במאי 2025, ב MicroSystems & nanoengineeringהמחקר מציג רובוט דלתא מונע פיזואלקטרי המשופר עם מצלמת אנדוסקופ מובנית וסמני AprilTag למעקב חזותי פנימי. גישה זו מבטלת חומרת חישה חיצונית ומאפשרת תיקון תנועה לולאה סגורה בתוך מערכת עצמאית. העיצוב הקומפקטי והבקרה המדויקת פותחים אפשרויות חדשות לכלים מיקרו-כירורגיים מהדור הבא.
ה- Microbot, בהשראת מנגנוני דלתא ומבני אוריגמי, מופעל באמצעות קורות פיזואלקטריות המשולבות במסגרת תואמת מודפסת תלת-ממדית. על ידי החלפת המפרקים המסורתיים באלמנטים מבוססי כיפוף, הצוות השיג תנועה מדויקת ונטולת התנגשות על פני שלוש דרגות חופש. לצורך משוב הם הטמיעו מצלמת בורסקופ מיניאטורית מתחת לרציף של הרובוט כדי לעקוב אחר הנאשיות של Apriltag בזמן אמת. בעזרת תמונות משולבות זו, מערכת בקרה מבוססת PID התאימה ברציפות את תנועת הרובוט לעקוב אחר נתיבים מתוכנתים ולפצות על הפרעות כמו כוח משיכה.
הרובוט הצליח להתחקות אחר מסלולי תלת מימד מורכבים עם יכולת חוזרת גבוהה. היא השיגה דיוק תנועה של שורש-ממוצע-ריבוע של 7.5 מיקרומטר, דיוק של 8.1 מיקרומטר, ורזולוציה של 10 מיקרומטר. בהשוואה לצד זה, מערכת הלולאה הסגורה ביצעה בעקביות את השליטה בלולאה פתוחה, במיוחד כאשר הוחלו כוחות חיצוניים. המערכת הדגימה גם חוסן תחת עומס ושמירה על יציבות מסלול גם בנוכחות הפרעות מכוונות. בהשוואה למיקרומניפולטורים קיימים, פיתרון זה משלב באופן ייחודי חישה על סיפונה, פשטות ייצור ויכולת הסתגלות כירורגית. זוהי המערכת הראשונה מסוגה לשלב משוב חזותי פנימי קומפקטי לתיקון תנועה אוטונומי, ומציעה רמה חסרת תקדים של אוטונומיה ובקרה לכלים הפועלים במיקרו-סולם.
התפתחות זו מייצגת שינוי פרדיגמה במיקרו-רובוטיקה. הגישה שלנו מאפשרת ל- MicroBot כירורגי לעקוב ולהתאים את התנועה שלה מבלי להסתמך על תשתית חיצונית. על ידי שילוב ראייה ישירות ברובוט, אנו משיגים תכונות אמינות, ניידות ותכונות קריטיות מדויקות ליישומים רפואיים בעולם האמיתי. אנו מאמינים כי טכנולוגיה זו קובעת תקן חדש לכלים כירורגיים עתידיים שצריכים לפעול באופן עצמאי בגוף האדם. "
ד"ר שו צ'ן, מחבר המחקר הראשי
העיצוב הקומפקטי והוויסות העצמי של הרובוט הופך אותו לאידיאלי ליישומים בניתוחים זעיר פולשניים, כמו ניווט בצנתרים או ביצוע כריתות רקמות לייזר. מערכת המצלמה הפנימית שלה מסלקת תלות בציוד חיצוני, ומאפשרת שימוש בסביבות רועשות מוגבלות, סטריליות או אלקטרומגנטיות. שיפורים עתידיים דמויי מצלמות קצב מסגרת גבוהות יותר ומעקב מתקדם לעומק-יכול היה להגביר את היענותן ואת רזולוציית ציר ה- Z. עם מדרגיות עד לגדלי תת-צנ"ל, לפלטפורמה זו יש פוטנציאל לתמוך בכלים לאנדומיקרוסקופיה, נוירוכירורגיה ומעבר לה. היכולת לתנועת תנועה עצמית באופן פנימי עלולה בקרוב להפוך ניתוח רובוטי בעל דיוק גבוה ליותר נייד, אמין ונגיש.
