Robots médicos impresos en 3D

Prototipo del robot médico generado por impresora 3D. (Fuente: Photothèque ICube / A. Morlot) / Prototype of the medical robot generated by 3D printer. (© Photothèque ICube / A. Morlot)

Pistones impresos en 3D para el mecanismo de accionamiento hidráulico. (Fuente: Marius Siegfarth) / Pistones impresos en 3D para el mecanismo de accionamiento hidráulico. (© Fraunhofer IPA / Marius Siegfarth )

Para la terapia tumoral del futuro, cinco equipos internacionales de investigadores están desarrollando un robot. Aunque este está compuesto por decenas de componentes, articulaciones y actuadores con diferentes propiedades de material, puede fabricarse en un solo paso mediante una impresora 3D.

Con solo pulsar un botón, la impresora 3D realiza el resto automáticamente. Similar a una impresora de inyección de tinta, se rocía líquido sobre una superficie. Sin embargo, en lugar de diferentes colores, la impresora PolyJet utiliza plástico: las boquillas pueden aplicar de manera puntual y precisa dos soluciones poliméricas diferentes, ya sea por separado o mezcladas. La luz ultravioleta endurece los plásticos antes de que se aplique la siguiente capa. Así, se crea capa por capa un robot médico. Cuando el desarrollo esté completo, el robot ayudará a los médicos en la extracción de muestras de tejido y en el tratamiento térmico de tumores.

»La colocación de una aguja o sonda en una intervención mínimamente invasiva es una tarea especialmente difícil, ya que el médico puede orientarse mejor con la ayuda de imágenes de tomografía computarizada o resonancia magnética, y eso significa que debe trabajar mientras el paciente está en un tubo estrecho. Queda poca libertad de movimiento», explica Marius Siegfarth, del grupo de proyectos para la automatización en medicina y biotecnología (PAMB) del Fraunhofer IPA en la Facultad de Medicina de Mannheim de la Universidad de Heidelberg.

El robot, que su equipo ha desarrollado junto con otros cuatro grupos de investigación de Alemania, Francia y Suiza en el proyecto SPIRITS, es tan pequeño y ligero que puede deslizarse junto con el paciente en el tubo. Se controla mediante una hidráulica desde el exterior, por lo que el médico puede estar sentado a unos metros de distancia e incluso en otra habitación, donde está protegido de la radiación en caso de una tomografía. La abreviatura SPIRITS significa Robots Interactivos Impresos Inteligentes para Terapia y Cirugía Intervencional.

»El desafío del proyecto fue diseñar un modelo que pudiera fabricarse en un solo paso con una impresora PolyJet, pero que a la vez estuviera compuesto por componentes completamente funcionales, como articulaciones giratorias con actuadores hidráulicos y un mecanismo de avance para la aguja. Todos estos componentes tienen propiedades de material diferentes», explica Siegfarth.

En el Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas de Estrasburgo, INSA, donde se coordina el proyecto SPIRITS, la impresora PolyJet ya está produciendo los primeros prototipos. Estos cuentan con palancas conectadas por articulaciones. Con ellas, se puede hacer rotar una aguja en todas las direcciones alrededor del punto de inserción. El accionamiento es proporcionado por un sistema hidráulico, una innovación de los investigadores del PAMB: tubos diminutos con diámetros de apenas 4 milímetros, juntas y pistones. Lo especial es que los pistones pudieron diseñarse mediante la tecnología de fabricación 3D de modo que la presión hidráulica actúe sobre la junta y aumente su efecto.

Las primeras pruebas muestran que el accionamiento hidráulico impreso en 3D funciona. En los próximos meses, se integrarán en el prototipo más componentes, como la aguja inteligente con sensor de fuerza, desarrollado por la École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL. Los investigadores de INSA han desarrollado el mecanismo de avance de la aguja. Además, se incorpora la «retroalimentación háptica». Esta convierte los resultados de las mediciones del sensor de fuerza en resistencias que el médico siente al guiar la aguja a través de tejidos más blandos o más duros. Esta retroalimentación fue desarrollada por investigadores de la Hochschule Furtwangen. Y en la Hochschule für Technik Nordwestschweiz FHNW, actualmente se están fabricando componentes metálicos no magnetizables para la próxima generación de prototipos.

El primer robot médico completamente impreso se probará en maniquíes aún en 2019.

Con un presupuesto total de 1,67 millones de euros, SPIRITS cuenta con cofinanciación del programa INTERREG V Oberrhein con 436.201 euros del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). Dentro de la iniciativa «Ofensiva en Ciencias», que financia proyectos de investigación de excelencia transfronterizos, el proyecto también recibe apoyo de socios regionales y cantonales. Así, el proyecto está cofinanciado por la Gran Región Este, el Estado de Baden-Württemberg, el Estado de Renania-Palatinado, la Confederación Suiza, el Cantón de Aargau, el Cantón de Basilea Ciudad y el Cantón de Basilea-Landschaft.