Si un robot puede colocar piezas de automóviles con precisión microscópica en la línea de montaje, ¿por qué no iba a poder dar forma a un diente para una corona dental? Los ingenieros han imaginado robots que se encargarían de algunas de las tareas más delicadas de la odontología, pero convertir esa idea en realidad ha resultado mucho más difícil.
Los dientes se encuentran en un entorno en constante movimiento. Los pacientes se mueven en sus sillas, inclinan la cabeza, tragan y ajustan la mandíbula. Incluso los movimientos más pequeños pueden ser importantes cuando un dentista está eliminando fracciones de milímetro de material. Y a diferencia de los objetos en una cadena de montaje, los pacientes suelen gritar de dolor cuando se perfora en el lugar equivocado.
Por lo tanto, los intentos anteriores de odontología robótica se han basado en grandes brazos robóticos colocados fuera del paciente, lo que obliga a las máquinas a rastrear y compensar continuamente el movimiento. Recientemente, un equipo de investigadores en Suiza decidió abordar el problema desde un enfoque completamente diferente. En lugar de construir un robot más grande e inteligente para colocarlo fuera de la boca, construyeron uno más pequeño que se introduce en ella.
El resultado es un prototipo llamado Robot Intraoral Miniatura (MIR, por sus siglas en inglés), un dispositivo apenas más grande que un corcho de vino que se adhiere directamente a los dientes del paciente. Al estar montado dentro de la boca, se mueve al unísono con el paciente en lugar de intentar seguir cada movimiento desde la distancia.
“Aunque el paciente gire la cabeza, el sistema MIR se mueve con él”, afirmó Yukiko Tomooka, autora principal del estudio e investigadora postdoctoral en la Universidad de Basilea, en Suiza.
Los investigadores creen que este diseño inusual podría ayudar a automatizar uno de los procedimientos más comunes de la odontología: la preparación de un diente para la colocación de una corona.
Reducir el tamaño del robot en lugar de ampliar el espacio de trabajo
A primera vista, introducir un robot tan complejo con partes móviles en la boca humana parece casi imposible. La preparación de una corona dental requiere una herramienta de corte que alcance múltiples superficies del diente con gran precisión.
El espacio para trabajar es muy reducido, y añadir motores, componentes electrónicos y sistemas de refrigeración haría que cualquier dispositivo resultara demasiado voluminoso. Los investigadores resolvieron este problema separando los “músculos” del robot de sus “manos”.
El propio MIR mide tan solo 43 milímetros de largo, 26,4 milímetros de ancho y 27,6 milímetros de alto. Los motores y el hardware de control permanecen fuera de la boca del paciente, cerca del sillón dental. Ejes, cables y tubos flexibles transmiten el movimiento y la energía al dispositivo en miniatura. Esta disposición permitió al equipo mantener el robot lo suficientemente pequeño como para caber en el espacio limitado disponible durante el tratamiento, al tiempo que proporcionaba el movimiento mecánico necesario para la perforación.
El robot está diseñado para acoplarse a una férula personalizada, creada a partir de un escaneo digital de los dientes del paciente. Este soporte personalizado mantiene al robot en su lugar y le permite moverse junto con el paciente durante el tratamiento.
Como explican los investigadores, “el movimiento del paciente se monitorizó mediante una férula impresa en 3D, personalizada para cada paciente y con marcadores de seguimiento, que también se utilizó para mantener la boca abierta”.
Los robots externos tradicionales deben determinar constantemente la ubicación del paciente y ajustar sus movimientos en consecuencia. MIR adopta un enfoque diferente: al estar fijado directamente a la boca del paciente, se mueve cada vez que este se mueve.
Cómo convertir un plan digital en una preparación dental física
Actualmente, los dentistas suelen preparar primero el diente y luego tomar las impresiones necesarias para fabricar la corona definitiva. Esta secuencia a menudo conlleva citas adicionales y tiempos de espera.
Los investigadores prevén un flujo de trabajo diferente. El dentista comenzaría escaneando el diente y creando un plan de tratamiento digital. Este plan especificaría con exactitud la cantidad de material que se debe eliminar y de qué zonas.
Utilizando ese plan de tratamiento, un laboratorio podría comenzar a fabricar la restauración final antes de la etapa de preparación. La función del robot sería entonces ejecutar el diseño preestablecido con la mayor precisión posible. Este enfoque simplifica todo el proceso, ya que la preparación y el diseño de la corona estarían vinculados desde el principio, en lugar de realizarse como pasos separados.
A partir de aquí, MIR realiza su trabajo en dos etapas. Primero, utiliza una fresa de corte más ancha para reducir el material de la superficie superior. Luego, cambia a una fresa más larga y estrecha, capaz de alcanzar los laterales.
En teoría, este proceso parece sencillo y sin complicaciones. Sin embargo, en la práctica, los investigadores no estaban seguros de si una máquina tan pequeña podría eliminar el material con la precisión suficiente para realizar trabajos dentales.
Probar si una máquina diminuta realmente puede hacer el trabajo
Para averiguarlo, el equipo suizo realizó una serie de experimentos de laboratorio utilizando materiales dentales artificiales y probó el sistema en dos materiales diferentes. Uno era una resina sintética de uso común en odontología. El otro era una cerámica híbrida cuya dureza se asemeja más a la del esmalte dental natural.
La primera serie de experimentos se centró en la precisión del movimiento. Se le indicó al sensor MIR que siguiera una trayectoria predefinida mientras un sistema de seguimiento óptico externo medía su rendimiento.
El error de posicionamiento promedio fue de 0,18 milímetros, mientras que el mayor error observado alcanzó los 0,47 milímetros. Al evaluar la consistencia de la trayectoria del robot en lugar de compararla directamente con el plan original, la desviación promedio se redujo a tan solo 0,087 milímetros. Además, el robot logró reproducir con éxito las formas cónicas deseadas en ambos materiales.
La parte sorprendente de los resultados
Quizás el aspecto más impresionante del estudio sea lo que el robot aún no tiene. Actualmente, MIR carece de sensores integrados que puedan medir directamente su posición durante su funcionamiento.
“Lo más destacable es la precisión con la que ya funciona el robot dental, a pesar de que aún no cuenta con sensores para medir o corregir su posición directamente. En las pruebas, el error de posicionamiento fue inferior a 0,2 milímetros, cifra que se reducirá aún más una vez que se integren los sensores en el sistema”, señala el equipo de la Universidad de Basilea.
Actualmente, se basa en la información de los codificadores del motor, ubicados aproximadamente a 30 centímetros de la herramienta de corte. El movimiento debe transmitirse a través de ejes flexibles, engranajes helicoidales y husillos antes de llegar a la broca.
Cada uno de estos componentes puede introducir pequeñas imprecisiones debido a la fricción, la elasticidad o la holgura mecánica. Los ingenieros suelen prever que estos efectos reduzcan la precisión. Sin embargo, a pesar de estas limitaciones, el prototipo logró un rendimiento submilimétrico en sus pruebas de laboratorio, lo cual es realmente impresionante. Esto sugiere que el diseño mecánico básico ya es capaz de alcanzar un nivel de precisión que puede resultar útil para los procedimientos dentales, incluso antes de que el sistema reciba las actualizaciones previstas.
Todavía falta mucho para que un robot dentista sea una realidad
MIR aún no es una tecnología lista para su uso clínico. Hasta el momento, el robot solo se ha probado en condiciones de laboratorio utilizando materiales dentales que imitan dientes reales.
No se ha evaluado en pacientes reales, donde factores como la saliva, los tejidos blandos, los dientes vecinos y el espacio de trabajo limitado podrían dificultar considerablemente la tarea. Abordar estos desafíos es el próximo objetivo principal.
Se prevé que las futuras versiones de MIR incluyan sensores integrados y cámaras en miniatura que registren continuamente la posición del robot y supervisen el progreso del procedimiento. Esto probablemente haría que el sistema fuera más preciso, fiable y seguro. Si estas mejoras resultan exitosas, la tecnología podría ofrecer beneficios que van más allá de la comodidad.
Por ejemplo, los procedimientos actuales para la colocación de coronas dentales pueden eliminar hasta el 75,6% de un diente, incluyendo tejido sano. Los investigadores creen que combinar planes de tratamiento digitales con la precisión robótica de nivel MIR podría ayudar a los dentistas a eliminar solo lo necesario, preservando así una mayor parte del diente natural. Esto podría hacer que los procedimientos dentales fueran más rápidos, más precisos y menos dependientes de las visitas repetidas.
El estudio se publica en la revista IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.
Fuente: ZME Science.
