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Sie schwimmen, krabbeln und springen Milliroboter für den Einsatz im Körper

Kaum vier Millimeter groß, kabellos, biegsam und extrem beweglich: Wissenschaftler am Stuttgarter Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme haben einen magnetisch gesteuerten Milliroboter entwickelt, der krabbeln, schwimmen, springen und kleine Lasten tragen kann. Ihr Ziel ist, dass der Milliroboter Medikamente im menschlichen Körper genau an die Stelle bringen kann, wo sie gebraucht werden.

Seine Beweglichkeit mache diesen weichen Kleinstroboter so einzigartig, berichtet das Team um Metin Sitti im Fachjournal «Nature». Inspiration holen sich die Forscher aus der Natur: Käferlarven, Raupen und sogar Quallen standen Modell.


Milliroboter - flach wie Papier und beweglich wie eine Raupe

Während andere Kleinstroboter auf unwegsamen Terrain rasch an Grenzen stoßen, könne der "Milli" leicht seinen Fortbewegungsmodus ändern: eben krabbelnd, dann rollend oder schwimmend. Zudem ist er in der Lage, kleine Lasten aufzuheben, zu transportieren und anderswo abzulegen. Er kann sich dabei so frei bewegen wie eine Raupe. Und das obwohl er nur vier Millimeter misst, im Ruhezustand flach ist wie ein rechteckiges Blatt Papier und aus weichem, elastischem Polymer geformt.

Um den Roboter zu steuern, verwenden die Wissenschaftler ein externes Magnetfeld.

Forscher Wenqi Hu steuert den Milliroboter über ein externes Magnetfeld.

Der Roboter wird von außen über ein Magnetfeld gesteuert. Denn in der Polymerschicht des Roboters sind magnetische Partikel eingebettet, ähnlich wie Rosinen in einen Kuchenteig.

Milliroboter im medizinischen Einsatz

Auf diese Weise können die Forscher die Form von außen verändern und den Roboter bewegen. Auf Befehl läuft oder rollt er, umgeht Hindernisse, krabbelt durch enge Röhren und schwimmt durch Flüssigkeiten. Zudem kann Objekte transportieren und sie zielgerichtet ablegen. Metin Sitti, Direktor der Abteilung für Physische Intelligenz am MPI in Stuttgart beschreibt das nächste Ziel für den Milliroboter so:

"Wir wollen ihn bei 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."

Metin Sitti, Direktor der Abteilung für Physische Intelligenz am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart

Metin Sitti, Direktor der Abteilung für Physische Intelligenz am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart

Als Vorstufe hat Metin Sitti mit seinem Team am MPI bereits Kapselroboter entwickelt, die sich über Magnetfelder von außen bewegen lassen. Millibots nennt er die nur einige Millimeter großen Apparate, die zunächst vor allem für die Untersuchung des Magens optimiert werden. Der Doktorand Son Donghoon und andere Mitarbeiter Sittis haben die Roboter von der Form einer Medikamentenkapsel schon etliche Stunden durch künstliche Mägen aus Silikon oder durch echte Schweinemägen wandern lassen.

Milliroboter transportieren Medikamente im Körper

Durch die Optimierung der Milliroboter hoffen Sitti und sein Team, dass Ärzte damit künftig im Magen oder im Darm gezielt geringe Mengen an Medikamenten dosieren können – zum Beispiel bei Entzündungen oder einzelnen Tumoren. Schließlich vertragen viele Menschen und insbesondere ältere Patienten Medikamente nicht, wenn sie diese schlucken. Die Milliroboter könnten helfen, sehr viel gezielter kleine Wirkstoffmengen direkt an Ort und Stelle freisetzen. Damit wäre auch die Belastung für den Patienten geringer. Es ist sogar denkbar, dass ein solcher Roboter mehrere Tage lang im Magen verweilt, um eine Entzündung oder einen Tumor über längere Zeit zu behandeln.