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20.02.2018 | Robotik | Im Fokus | Onlineartikel

Aufbruch zur Reise ins Ich

Autor:
Dieter Beste

Mikroskopisch kleine Roboter bringen im Körper Medikamente gezielt dorthin, wo sie gebraucht werden. Noch ist dies Science-Fiction. Forscher haben jetzt jedoch ein Konzept vorgestellt, wie dies mit einer von der Natur inspirierten Technik gelingen könnte. 

Warum sollte man sich in mikroskopische Softrobotik vertiefen? "Weil wir es jetzt können", so die kurze Antwort von Jay Kim auf diese von ihm rhetorisch gestellte Frage im Vorwort zu "Microscale Soft Robotics". Vielleicht sollte man es tun, um einen alten Traum zu verwirklichen, den Richard Watson in "50 Schlüsselideen der Zukunft" so erzählt: "Wir schreiben das Jahr 2037 … Sie haben einen Hirntumor, den die Chirurgen vor wenigen Jahren noch als inoperabel erklärt hätten. Zum Glück haben Forscher inzwischen eine Reihe von Mikrorobotern entwickelt, die in Ihren Blutkreislauf injiziert werden und mithilfe winziger piezoelektrischer Motoren durch Ihren Körper zum Kern des Problems vordringen können. Dabei führen sie etliche lebensrettende Behandlungen durch wie die dosierte Abgabe von Medikamenten oder mikrochirurgische Eingriffe in hochsensiblen Arealen tief im Inneren des Gehirns. Nach einem erfolgreichen Abschluss der Behandlung werden die winzigen Roboter mit einer Art Satellitennavigationssystem programmiert, um einen Weg aus dem Körper heraus zu finden und auf natürliche Weise ausgeschieden zu werden" (Seite 57).

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Micro-/Nanorobots

The field of microrobotics covers the robotic manipulation of objects with dimensions in the millimeter to micron range as well as the design and fabrication of autonomous robotic agents that fall within this size range. Nanorobotics is defined in …


Bei einem solchen Vorhaben müsste der Körper des Roboters weich genug sein, um Schäden am umliegenden Gewebe zu vermeiden, präzisiert Springer-Autor Jay Kim in seinem Vorwort zu "Microscale Soft Robotics" die zu lösende Aufgabe und weist darauf hin, dass zwar der mikroskopische Teil der technischen Anforderung seit den 1980er Jahren mit dem Aufkommen von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) allmählich erfüllt wurde, bisherige MEMS-Vorrichtungen und Mikroroboter jedoch für medizinische Aufgaben zu starr gewesen seien, da sich ihre Herstellung auf Silizium und die Herstellungstechnologien für integrierte Siliziumschaltkreise stützte. 

Weicher Miniroboter aus Stuttgart

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (MPI-IS) am Standort Stuttgart haben sich von der Natur inspirieren lassen, um einen weichen Mikroroboter zu entwerfen. Er wird magnetisch gesteuert und kann sich mit Leichtigkeit in einer komplexen Umwelt – ob auf einer festen Oberfläche oder in einer Flüssigkeit – fortbewegen, wie sie mit einem Video auf Youtube demonstrieren. Vier Millimeter misst er, ist flach wie ein rechteckiges Blatt Papier und aus weichem, elastischem Polymer geformt. 

Käferlarven, Raupen und sogar Quallen standen Modell

Inspiration zu ihrer Entwicklung holten sich die Max-Planck-Forscher aus der Natur, wie sie jetzt in Nature berichten: "Wir schauen uns beim Bau von Robotern die Mechanik beim Bewegungsablauf zum Beispiel von Insekten an. Das Ergebnis bei unserem Milliroboter ist eine Mischung aus mehreren weichen Lebewesen wie Käferlarven und Raupen, aber auch ein Spermatozoid und eine Qualle standen Modell", sagt Metin Sitti, Direktor der Abteilung für Physische Intelligenz am MPI-IS. Um den Roboter zu steuern, verwenden die Wissenschaftler ein externes Magnetfeld; in der Polymerschicht des Roboters haben sie magnetische Partikel eingebettet. 

Der Roboter hat viele Möglichkeiten, sich fortzubewegen

So können die Forscher die Form des Roboters von außen verändern und er sich fortbewegen: Er kann auf Oberflächen laufen oder rollen, über Hindernisse springen, durch enge Röhren krabbeln und auf oder in einer Flüssigkeit schwimmen. Zudem kann er Objekte greifen, transportieren und zielgerichtet ablegen. "Uns schwebt vor, dass unser Milliroboter eines Tages Medikamente dorthin transportiert, wo sie gebraucht werden – ähnlich einer Paketlieferung an die Haustür", hofft Metin Sitti. "Wir wollen ihn bei minimalinvasiven Eingriffen am Patienten einsetzen: entweder, indem der Patient den Roboter schluckt oder wir ihn durch eine kleine Öffnung in der Haut in den Körper einführen." 

Perspektive Medizintechnik

Dann könnte sich der Roboter durch den Verdauungstrakt bewegen oder durch die Blase, oder bis zum Herz, sagt Sitti. Doch bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Aktuell testeten die Stuttgarter den Roboter in einer synthetischen Magenattrappe und in Hühnchenfleischgewebe. Dem Team Metin Sitti, Wenqi Hu, Guo Zhan Lum und Massimo Mastrangeli gelang es, ihren Milliroboter durch diese Umgebungen zu steuern. Und mit Ultraschall konnten sie überprüfen, wo genau er sich seinen Weg bahnte. 

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