وداعا لفرشاة الأسنان:علماء يطورون روبوتات دقيقة لتنظيف وشفط الاسنان!

مثلما استبدل الكثير من الناس فرشاة أسنانهم اليدوية بفرشاة كهربائية، كذلك يمكن للروبوتات أن تدخل حقبة جديدة من تنظيف الأسنان.
وابتكر العلماء سربا من الروبوتات الدقيقة المتغيرة الشكل التي يزعمون أنها تستطيع تنظيف أسنانك وشطفها جميعا في نفس الوقت.
وفي دراسة إثبات المفهوم، أظهر باحثون من جامعة بنسلفانيا أن نظام عدم استخدام اليدين يمكن أن يعمل بشكل فعال على أتمتة معالجة وإزالة البكتيريا المسببة لتسوس الأسنان.
وقال الخبراء إن النظام يمكن أن يكون ذا قيمة خاصة لأولئك الذين يفتقرون إلى البراعة اليدوية لتنظيف أسنانهم بفعالية. واللبنات الأساسية لهذه الروبوتات الدقيقة هي جزيئات أكسيد الحديد النانوية التي لها نشاط تحفيزي ومغناطيسي.
وباستخدام مجال مغناطيسي، تمكن الباحثون بعد ذلك من توجيه حركتها وتكوينها لتشكيل هياكل تشبه الشعيرات التي تزيل البلاك من الأسطح العريضة للأسنان، أو خيوطا طويلة يمكن أن تنزلق بين الأسنان.
وفي كلتا الحالتين، يدفع التفاعل التحفيزي الجسيمات النانوية لإنتاج مضادات الميكروبات التي تقتل البكتيريا الفموية الضارة.
وأجرى الفريق تجارب على أسنان بشرية وهمية وواقعية ووجدوا أن الميكروبات كانت قادرة على التحول إلى مجموعة متنوعة من الأشكال للتخلص تقريبا من الأغشية الحيوية اللزجة التي تؤدي إلى تسوس الأسنان وأمراض اللثة.
وقال معد الدراسة هيون كو، الأستاذ في قسم تقويم الأسنان في كلية طب الأسنان بجامعة بنسلفانيا: "العناية الروتينية بالفم مرهقة ويمكن أن تشكل تحديات لكثير من الناس، وخاصة أولئك الذين يجدون صعوبة في تنظيف أسنانهم. عليك أن تغسل أسنانك بالفرشاة، ثم تنظف أسنانك بالخيط، ثم تشطف فمك؛ إنها عملية يدوية متعددة الخطوات. الابتكار الكبير هنا هو أن نظام الروبوتات يمكنه القيام بالأمور الثلاثة بطريقة آلية واحدة "ثلاثة بواحد" من دون استخدام اليدين".
وقال معد الدراسة، إدوارد ستيغر، كبير الباحثين في كلية الهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة بنسلفانيا: "يمكن تشكيل الجسيمات النانوية والتحكم فيها باستخدام المجالات المغناطيسية بطرق مدهشة. نحن نشكل شعيرات يمكن أن تمتد، وتكتسح، بل وتتنقل ذهابا وإيابا عبر مساحة، مثل الخيط إلى حد كبير. الطريقة التي تعمل بها تشبه الطريقة التي يمكن للذراع الروبوتية الوصول إليها وتنظيف السطح. ويمكن برمجة النظام للقيام بتجميع الجسيمات النانوية والتحكم في الحركة تلقائيا".
وأضاف كو: "تصميم فرشاة الأسنان ظل دون تغيير نسبيا لآلاف السنين".
وبينما أدت إضافة المحركات الكهربائية إلى رفع الشكل الأساسي "الخشن على عصا"، ظل المفهوم الأساسي كما هو. إنها تقنية لم تتعطل منذ عقود.
وقام الباحثون بتحسين حركات الروبوتات الصغيرة على لوح صغير من مادة تشبه الأسنان.
وبعد ذلك، اختبروا أداء الروبوتات - التكيف مع التضاريس المعقدة لسطح الأسنان، والأسطح بين الأسنان، وخط اللثة، باستخدام نماذج الأسنان المطبوعة ثلاثية الأبعاد بناء على فحوصات الأسنان البشرية من عيادة الأسنان.
وأخيرا، جربوا الروبوتات الدقيقة على أسنان بشرية حقيقية تم تركيبها بطريقة تحاكي وضع الأسنان في تجويف الفم.
وعلى هذه الأسطح المختلفة، وجد الباحثون أن نظام الميكروبيوتيك يمكن أن يقضي بشكل فعال على الأغشية الحيوية، ويزيلها من جميع مسببات الأمراض التي يمكن اكتشافها.
وقال كو: "لا يهم إذا كان لديك أسنان مستقيمة أو أسنان منحرفة، فستتكيف مع الأسطح المختلفة". ويمكن للنظام التكيف مع جميع الزوايا والشقوق في تجويف الفم. والنظام قابل للبرمجة بالكامل أيضا".
واستخدم علماء الروبوتات والمهندسون في الفريق اختلافات في المجال المغناطيسي لضبط حركات الروبوتات الدقيقة بدقة بالإضافة إلى التحكم في صلابة الشعيرات وطولها.
ووجدوا أن أطراف الشعيرات يمكن أن تكون صلبة بدرجة كافية لإزالة الأغشية الحيوية ولكنها ناعمة بدرجة كافية لتجنب تلف اللثة.
ويقول الباحثون إن الطبيعة القابلة للتخصيص للنظام يمكن أن تجعله لطيفا بما يكفي للاستخدام السريري، كما يقول الباحثون، ولكنه أيضا مخصصا وقادرا على التكيف مع التصميمات الطوبوغرافية الفريدة لتجويف فم المريض.
وقال كو: "لدينا هذه التقنية التي تعادل أو أكثر فاعلية مثل تنظيف الأسنان بالفرشاة والخيط ولكنها لا تتطلب مهارة يدوية. ونود أن نرى كيف يساعد هذا المسنين والأشخاص ذوي الإعاقة. نعتقد أنه سيعطل الأساليب الحالية وسيقدم رعاية صحة الفم بشكل كبير".