Công nghệ này rất hữu ích cho người thiếu sự khéo léo để làm sạch răng hiệu quả.
Robot siêu nhỏ có thể biến hình
Tạo nên robot siêu nhỏ làm vệ sinh răng miệng là các hạt nano oxit sắt sở hữu hoạt tính xúc tác và từ tính. Sử dụng từ trường, các nhà nghiên cứu có thể định hướng chuyển động và cấu hình của chúng để tạo ra các cấu trúc giống như bàn chải, giúp quét sạch mảng bám khỏi bề mặt răng hoặc tạo ra các dây kéo dài có thể trượt giữa các răng giống như chỉ nha khoa.
Trong cả 2 trường hợp, phản ứng xúc tác sẽ thúc đẩy các hạt nano tạo ra chất kháng khuẩn để tiêu diệt tại chỗ vi khuẩn răng miệng có hại.
Các thử nghiệm được tiến hành trên răng giả và răng thật cho thấy các tổ hợp robot có thể chuyển đổi thành nhiều hình dạng khác nhau để gần như loại bỏ hết các màng sinh học dẫn đến sâu răng và viêm nướu.
Giáo sư Hyun (Michel) Koo - Trường Nha khoa thuộc Đại học Pennsylvania là đồng tác giả của nghiên cứu trên. Ông cho biết, việc vệ sinh răng miệng thủ công thông thường gồm nhiều bước là đánh răng rồi dùng chỉ nha khoa và sau đó là súc miệng. Hệ thống robot trên có thể thực hiện tự động 3 bước này mà bạn vẫn rảnh tay.
Đồng tác giả Edward Steager cho biết, các hạt nano có thể được định hình và điều khiển bằng từ trường theo những cách đáng ngạc nhiên. Từ đây, các nhà khoa học đã tạo nên những sợi lông có thể kéo dài, quét và thậm chí di chuyển qua lại giống như dùng chỉ nha khoa.
Cách hoạt động của nó tương tự như một cánh tay robot có thể vươn ra và làm sạch bề mặt. Hệ thống có thể được lập trình để lắp ráp hạt nano và tự động điều khiển chuyển động.
 |
Robot siêu nhỏ có thể thay đổi cách đánh răng truyền thống. |
Thay đổi cách đánh răng truyền thống
Theo Giáo sư Koo, thiết kế của bàn chải đánh răng không thay đổi trong nhiều thiên niên kỷ. Trong khi việc bổ sung thêm các động cơ điện đã tạo ra sự nâng cấp nhưng khái niệm cơ bản vẫn giữ nguyên. Đây là một công nghệ không bị gián đoạn trong nhiều thập kỷ.
Vài năm trước, các nhà nghiên cứu của Pennsylvania tại Trung tâm Nha khoa Đổi mới và Chính xác (CiPD) do Giáo sư Koo là đồng giám đốc thực hiện các bước hướng tới một sự thay đổi lớn bằng cách sử dụng hệ thống robot siêu nhỏ.
Sáng kiến của họ nảy sinh từ một chút tình cờ. Có 2 nhóm nghiên cứu của Pennsylvania đều quan tâm đến các hạt nano oxit sắt nhưng với những lý do rất khác nhau. Nhóm của Giáo sư Koo bị hấp dẫn bởi hoạt tính xúc tác của các hạt nano.
Chúng có thể kích hoạt hydrogen peroxide để giải phóng các gốc tự do có khả năng tiêu diệt vi khuẩn gây sâu răng và làm suy giảm màng sinh học của mảng bám răng. Trong khi đó nhóm còn lại đang khám phá các hạt nano này như các khối tạo nên robot siêu nhỏ được điều khiển bằng từ tính.
Cuối cùng 2 đặc tính trên được kết hợp lại, giúp các nhà khoa học xây dựng một nền tảng để điều khiển các robot siêu nhỏ bằng điện từ. Robot này được áp dụng các cấu hình khác nhau và có thể giải phóng chất kháng khuẩn tại chỗ để điều trị và làm sạch răng hiệu quả.
Giáo sư Koo cho biết, “dù bạn có hàm răng đều hay khấp khểnh, robot sẽ thích ứng với các bề mặt khác nhau. Hệ thống có thể điều chỉnh phù hợp với mọi ngóc ngách trong khoang miệng.
Các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa chuyển động của robot trên một bề mặt vật liệu nhỏ giống như răng và được tạo thành mô hình răng người bằng công nghệ in 3D. Tiếp theo, họ thử nghiệm hiệu suất của robot khi nó điều chỉnh theo địa hình phức tạp của bề mặt răng, kẽ răng và đường viền nướu. Cuối cùng, họ thử nghiệm các robot trên răng người thật được gắn theo cách bắt chước vị trí của răng trong khoang miệng.
Tiếp tục được tối ưu hóa
Tại những bề mặt thử nghiệm khác nhau, các nhà nghiên cứu nhận thấy hệ thống robot siêu nhỏ có thể loại bỏ hiệu quả các màng sinh học, tiêu diệt tất cả các mầm bệnh có thể phát hiện được.
Các hạt nano oxit sắt đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận dùng cho các mục đích sử dụng khác nhau. Ngoài ra, các thử nghiệm về cấu tạo lông của công nghệ này trên mô hình động vật cho thấy chúng không gây hại cho mô nướu.
Hệ thống trên hoàn toàn có thể được lập trình, các kỹ sư của nhóm đã sử dụng các biến thể trong từ trường để điều chỉnh chính xác chuyển động của các robot cũng như kiểm soát độ cứng và chiều dài của lông. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng đầu lông có thể đủ cứng để loại bỏ màng sinh học nhưng đủ mềm để tránh làm nướu bị tổn thương.
Theo các nhà nghiên cứu, nhờ hệ thống này có thể được tùy chỉnh nên nó đủ nhẹ để sử dụng trong lâm sàng, nhưng cũng có thể được cá nhân hóa, thích ứng với khoang miệng khác nhau của từng bệnh nhân.
Để đưa công nghệ này vào phòng khám, các nhà khoa học đang tiếp tục tối ưu hóa chuyển động của robot và xem xét các phương tiện khác nhau để đưa robot siêu nhỏ này vào miệng qua những thiết bị phù hợp.
Các nhà khoa học đang háo hức muốn thấy thiết bị của họ giúp được bệnh nhân. Giáo sư Koo cho biết: “Công nghệ này hiệu quả ngang bằng hoặc tốt hơn đánh răng và dùng chỉ nha khoa mặc dù nó không cần sự khéo léo của bàn tay. Điều này giúp ích cho người già và người khuyết tật. Chúng tôi tin rằng nó sẽ phá vỡ các phương thức hiện tại và nâng cao việc chăm sóc sức khỏe răng miệng”.
