Nechal by si si brúsiť zub robotom? Vedci otestovali stroj veľký ako zátka od vína
Vedci vyvinuli zubného robota veľkého ako zátka od vína. MIR má pripravovať zuby na korunky, no k použitiu v ambulanciách ho ešte čakajú ďalšie testy.
Výroba zubnej korunky dnes znamená niekoľko krokov: odstránenie poškodeného tkaniva, prípravu zuba, dočasnú náhradu a ďalšiu návštevu po zhotovení trvalej korunky. Výskumníci z Univerzity v Bazileji chcú tento postup skrátiť pomocou miniatúrneho robota, ktorý by časť práce vykonal automaticky podľa digitálneho plánu. Prototyp je veľký približne ako zátka od vína a zmestí sa do otvorených úst pacienta.
Robot dostal označenie MIR, skratku pre Miniature Intraoral Robot. Meria 43 × 26 × 28 milimetrov. Motory a riadiaca elektronika zostali mimo jeho tela a pohyb sa prenáša cez ohybné hriadele, káble a hadičky. Myšlienka vznikla na Univerzite v Zürichu, ktorá sa zapojila aj do vývoja.
Korunku by mohli objednať už po prvom skene
Pri dnešnom postupe zubár pripraví poškodený zub, vytvorí odtlačok alebo digitálny sken a nasadí dočasnú korunku. Trvalá náhrada sa vyrobí podľa získaných údajov a pacient si pre ňu príde neskôr.
MIR má časť tohto čakania odstrániť. Po prvom skene by zubár v softvéri naplánoval presný tvar obrúsenia a korunku by mohol objednať okamžite. Robot by následne odobral zubný materiál podľa rovnakého digitálneho návrhu. Autori hovoria o menšom počte návštev, nie o hotovej korunke počas jediného sedenia. Súčasný prototyp takýto kompletný zákrok ešte nezvládol.
V budúcej verzii sa má robot pripevniť na zubnú dlahu vyrobenú presne pre konkrétneho pacienta. Keď človek otočí hlavu, MIR sa pohne spolu s ňou a zostane v rovnakej polohe voči zubu. Rovnaký sken by teda poslúžil na návrh korunky aj na výrobu fixácie.
Neprehliadni
V laboratóriu však dlahu ešte nepoužili. Robota pevne priskrutkovali k skúšobnému stolu a sledovali, či dokáže vykonať naprogramovaný pohyb bez komplikácií, ktoré ho čakajú v ústach pacienta.
Skutočný zub ešte nebrúsil. Zvládol však materiál podobný sklovine
Príprava zuba má prebiehať v dvoch krokoch. Širší vrták najskôr odoberie materiál z hornej časti. Dlhší a tenší nástroj potom opracuje boky.
Vedci zatiaľ nebrúsili skutočné zuby. Použili valcovité vzorky zo syntetickej živice a dentálnej hybridnej keramiky, ktorej tvrdosť sa približuje zubnej sklovine. Robot do nich vyfrézoval tri kruhové vrstvy s rozdielnym priemerom a vytvoril stupňovitý kužeľ.
Testy ukázali, že drobný mechanizmus dokáže obrábať tvrdý materiál v submilimetrovej mierke. Od kompletnej prípravy reálneho zuba na korunku má však stále ďaleko.
Robot trafí tvar, no nie vždy presné miesto
Pri troch pokusoch sa robot od naplánovanej dráhy odchýlil v priemere o 0,18 milimetra. Najvyššia nameraná chyba dosiahla 0,47 milimetra. Požiadavka stanovená pre prípravu zuba na korunku je pritom 0,12 milimetra, takže MIR ju v absolútnej polohe zatiaľ nespĺňa.
Lepšie dopadla pravidelnosť kruhového pohybu. Priemerná odchýlka od vypočítanej kružnice bola 0,087 milimetra, hoci maximum vystúpilo na 0,33 milimetra. Robot teda dokáže pomerne presne zopakovať tvar pohybu, no celý kruh môže vytvoriť mierne vedľa plánovaného miesta.
Slabinu spôsobuje najmä spôsob riadenia. MIR nemá v tele vlastné snímače, ktoré by priamo sledovali polohu kĺbov alebo vrtáka. Systém vychádza iba z enkodérov motorov vzdialených približne 30 centimetrov. Medzi motorom a vrtákom sú ohybné hriadele, prevody a vodiace skrutky, v ktorých vzniká pruženie, vôľa aj drobné straty pohybu.
Vedci kontrolovali presnosť externým optickým systémom s reflexnými značkami. Ten slúžil iba na meranie výsledkov. V ústach by sa naň spoliehať nemohli, pretože kamera by nemala neustály výhľad na sledované body.
Pri brúsení vyvinul silu ako pollitrová fľaša vody
Pri kontakte vrtáka s materiálom neprekročila sila päť newtonov. To približne zodpovedá tiaži pollitrovej fľaše vody. Inžinieri merajú aj hluk. Ak by bol robot príliš hlučný, pacienti by ho v ústach jednoducho netolerovali.
Prototyp vyrobili z titánu triedy 5 a nehrdzavejúcej ocele, teda z materiálov vhodných na sterilizáciu v autokláve. Po doplnení kamery a elektronických snímačov sa však bude musieť spôsob čistenia zmeniť. Jedným z riešení je ochranný obal, ktorý by zároveň zabránil prenikaniu prachu a úlomkov do mechanizmu.
Prvý prototyp zvládol skúšky, skutočné ústa ho ešte len čakajú
Štúdia vyšla v časopise IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. Jej prvou autorkou je doktorka Yukiko Tomooka z Univerzity v Bazileji. Výskumnú skupinu vedie profesor Georg Rauter.
Ďalšia verzia MIR má dostať miniatúrne polohové snímače a kameru. Robot by potom priebežne porovnával svoju skutočnú polohu s digitálnym plánom a chybu okamžite opravoval. Vďaka senzorom by nezmätkoval ani pri výpadku prúdu. Presne by vedel, v ktorom bode brúsenie prerušil a kde má nadviazať.
Otázkou zostáva aj rýchlosť. Počas prvých skúšok sa MIR pohyboval priemerne len 0,18 milimetra za sekundu. Tím musí overiť, či sa dá brúsenie zrýchliť bez straty presnosti a či by celý zákrok netrval neprijateľne dlho.
Nasledovať majú testy v simulovaných ústach so susednými zubami, mäkkými tkanivami a rôznym otvorením čeľuste. Až potom prídu na rad skutočné zuby, pri ktorých vedci zmerajú zahrievanie, drsnosť povrchu a presnosť okraja preparácie. Prvý prototyp ukázal, že nápad môže fungovať. Cesta z laboratórneho stola do zubárskeho kresla však bude ešte dlhá.
