Mini-Softroboter soll zielgenau Medikamente im Körper platzieren

Ein Forscherteam des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme hat einen Mini-Roboter entwickelt, der sich beispielsweise im menschlichen Darm fortbewegen kann. Die Forscher wollen ihn an unterschiedlichen Stellen im Körper einsetzen, um dort therapeutische Medikamente zielgenau platzieren zu können. Getestet wurde der Softroboter zunächst an Tiergewebe.

Es gebe zwar eine Reihe von Softrobotern, die sich kabellos auch in komplexen Umgebungen steuern und auf unterschiedliche Weise mit biologisch inspirierten Fortbewegungsarten manövrieren lässt. Allerdings seien sie nicht in der Lage, auf komplexen, unstrukturierten dreidimensionalen Oberflächen zu klettern, anzuhaften und dort länger stabil auszuharren, schreiben die Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts IS in ihrem in Science Advances veröffentlichten Paper "Wireless soft millirobots for climbing three-dimensional surfaces in confined spaces".

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Der von ihnen entwickelte, nur 3,7 mm lange, 1,5 mm breite und 150 Mikrometer (μm) dünne Softroboter soll dagegen auf nassen und trockenen Oberflächen haften und sich auf engem Raum in alle Richtungen auch kopfüber bewegen können. Zudem kann er sich an diesen Oberflächen selbst dann festhalten, wenn Flüssigkeiten über ihn gespült werden.

Mikro-Spikes zur Fortbewegung

Die Herausforderung bestand darin, dass der Mini-Roboter zwar auf schwierigen Untergründen wie menschlichem Gewebe haften können muss, das Gewebe dabei aber nicht beschädigen darf. Zudem muss er in der Lage sein, seine Haftung aufzugeben, wenn sie nicht benötigt wird. Nur so kann er sich frei bewegen. Die Fortbewegung des Roboters geschieht ähnlich wie bei kleinen Raupen, die sich in bestimmten Situationen nur mit den Körperenden vorwärtsbewegen und sich dabei die Füße des jeweiligen Körperendes an der Oberfläche festhalten oder lösen.

Statt kleiner Füße setzen die Forschenden an den beiden Enden ihres Softroboters allerdings Mikro-Spikes ein. Sie können etwa eine Schleimschicht, wie sie im Darm vorkommt, durchdringen. Ihre Haftung wird durch die Verwendung des Bioadhäsionsstoffes Chitosan verstärkt, der auf Chitin basiert. Damit sei eine hohe dauerhafte Haftung auch auf nassen Oberflächen möglich. Getestet haben die Forschenden zusätzlich verschiedene weitere "Fußpads" etwa für den Einsatz auf trockenen Oberflächen.

Zur gezielten Fortbewegung verwendet das Forschungsteam externe Magnetfelder, die auf den elastischen, plattenförmigen, ferromagnetischen Körper wirken. Dadurch kann der Körper beliebig verformt werden und die Bewegungsabläufe zur Fortbewegung ausführen. Die Ablösung der Fußenden von der Oberfläche wird dabei durch eine gezielt ausgelöste Rotation im Körper erzeugt.

Gezielte Medikamentengabe und Biopsie

Getestet haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Softroboter in einer Lunge und im Verdauungstraktes eines Schweins. Dabei gelang es ihnen, den Roboter präzise an die gewünschte Position zu bewegen und dort auch verharren zu lassen. Sie testeten außerdem, wie viel "Ladekapazität" der Roboter hat. Den Angaben der Forschenden zufolge kann er Objekte bis zum Dreifachen seiner eigenen Größe und bis zum 20-fachen des eigenen Gewichtes transportieren. Das Wissenschaftsteam sieht darin eine Möglichkeit, therapeutische Medikamente an verschiedene Stellen des Körpers zu transportieren. Dazu seien aber weitere Arbeiten am Roboter nötig. Dann wäre es auch denkbar, den Softroboter Biopsien durchführen zu lassen.

(olb)