Vorbild Natur

Kleinstroboter für medizinischen Einsatz im menschlichen Körper

| Redakteur: Katharina Juschkat

Zu Wasser und zu Lande bewegt sich der Milliroboter, den Stuttgarter Max-Planck-Forscher jetzt vorstellen. Quallen und Raupen sind nur zwei der Vorbilder aus der Natur, von denen sich die Wissenschaftler inspirieren ließen
Zu Wasser und zu Lande bewegt sich der Milliroboter, den Stuttgarter Max-Planck-Forscher jetzt vorstellen. Quallen und Raupen sind nur zwei der Vorbilder aus der Natur, von denen sich die Wissenschaftler inspirieren ließen (Bild: MPI für Intelligente Systeme)

Ein winziger Roboter, der aussieht wie ein Stück Papier und sich bewegt wie eine Raupe, soll die Medizin revolutionieren. Eines Tages, so hoffen die Wissenschaftler, soll er im menschlichen Körper eingesetzt werden.

Er bewegt sich wie wie eine kleine Raupe und rollt, krabbelt oder läuft selbst über unebenes Terrain. Auf den ersten Blick ist er kaum zu erkennen, denn er misst gerade einmal 4 mm, ist flach wie ein Stück Papier und aus elastischem Polymer geformt. Seine Ähnlichkeit zu einer Raupe kommt nicht von ungefähr – die Wissenschaftler haben den winzigen Roboter nach Vorbildern aus der Natur konstruiert, denn damit kommt er im Gegensatz zu anderen Kleinstrobotern spielend leicht voran – selbst durch Flüssigkeiten. Er kann sogar kleine Lasten aufheben und transportieren. Das wollen die Wissenschaftler eines Tages medizinisch nutzen.

Inspiration aus der Natur

Der Kleinstroboter entstand am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart. Der Direktor der Abteilung für Physische Intelligenz, Metin Sitti, erklärt: „Wir schauen uns beim Bau von Robotern die Mechanik beim Bewegungsablauf zum Beispiel von Insekten an und lassen uns davon inspirieren. 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.“

Um den Roboter zu steuern, verwenden die Wissenschaftler ein externes Magnetfeld. In der Polymerschicht des Roboters wiederum sind magnetische Partikel eingebettet, ähnlich wie Rosinen in einen Kuchenteig. 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.

Roboter für den Einsatz im menschlichen Körper

„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. Von dort kann sich der Roboter dann durch den Verdauungstrakt bewegen oder durch die Blase oder bis zum Herz – uns schweben viele Möglichkeiten vor.“

Mobile Roboter sollen Medizin revoultionieren

Es sind noch große Herausforderungen zu bewältigen, bis solche Systeme in der Medizin geläufig sein könnten. Aktuell testeten die Forscher den Milliroboter nur in einer synthetischen Magenattrappe und in Hühnchenfleischgewebe. Sittis Team, bestehend aus Wenqi Hu, Guo Zhan Lum und Massimo Mastrangeli, gelang es, den Milliroboter durch diese Umgebung zu steuern. Mit Ultraschall überprüften sie, wo genau der Roboter sich seinen Weg bahnte.

Die Hoffnung ist bei allen Forschern groß, dass ihr Roboter eines Tages zum Standard im Gesundheitswesen wird, dass nicht-kabelgebundene, mobile Roboter eine Revolution der Forschung im Bereich der minimalinvasiven Chirurgie einläuten werden. Mittels solcher Milliroboter hätte ein Chirurg nämlich direkten Zugang und die genaue Kontrolle in schwer zugänglichen Bereichen des Körpers. „Ohne chirurgischen Eingriff ist es in vielen Bereichen des Körpers aktuell nicht möglich, sich Zugang zu verschaffen. Unser Ziel ist es, mit unserem weichen Milliroboter diese Regionen nicht-invasiv erreichbar zu machen, um eine Diagnose erstellen und eine Therapie vornehmen zu können,“ erklärt Sittis seine Zukunftsvision.

Dieser Beitrag erschien zuerst in unserem Partnerportal Elektrotechnik.

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