Winzige, magnetisch steuerbare Roboter für die Medizin

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15-07-21 11:20:00,

Miniaturroboter der Zukunft sind klein genug, um in der Blutbahn zu treiben. Sie lassen sich magnetisch lenken und geben zielgenau Wirkstoffe ab. Sie können greifen, sich an Zellwänden festklammern und Partikel einfangen. Im Grunde gibt es kaum etwas, was sie nicht können, denn ihr Aufbau ist jetzt Baustein für Baustein möglich, mit mikrometerkleinen 3D-Pixeln, also “Voxel für Voxel”, wie die Forscher am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (MPI IS) sagen.

Der Begriff Voxel bezeichnet in Computerspielen Gitterpunkte im 3D-Raster. Die Forscher bauen also ihre Maschinen ähnlich wie in Minecraft aus Kleinstmodulen zusammen und erschaffen damit immer neue Formen und Funktionen.

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Die Gruppe “Physische Intelligenz” um Professor Dr. Metin Sitti arbeitet an magnetisch gesteuerten Robotern im Submillimeter-Maßstab. Ihr jüngster Durchbruch ist eine mechanische Plattform, in der sie Stück für Stück beliebige Roboterformen zusammensetzen. Dabei können sie unterschiedliche Materialien frei kombinieren. Dazu zählen zum einen weiche Basismaterialien als Stützstrukturen, Polymere oder Elastomere oder biokompatible, also etwa für den Einsatz in der Blutbahn besonders verträgliche Gelatine.

Zum anderen setzen die Forscher Materialien ein, in die magnetische Mikro- und Nanopartikel eingebettet sind. Diese Bausteine reagieren auf äußere Magnetfelder und bestimmen schließlich die Funktionen der Winzlinge. Mit Blick auf diese beiden Komponenten entstand die Bezeichnung Magnetic Soft Machines. Eine dritte Komponente sind Klebeflächen und Klebestreifen, die zum Beispiel unterschiedlich magnetisierte Voxel verbinden. Damit entstehen Komponenten, die sich magnetisch ausrichten und in wechselnden Magnetfeldern steuerbare Aktionen ausführen.

Die verwendeten Voxel-Typen, Stützelemente und magnetisierte Bausteine, entstehen zu Tausenden in Minigussformen.

(Bild: MPI Intelligente Systeme)

Aus diesen Komponenten haben die Wissenschaftler bereits sehr unterschiedliche bewegliche Roboter mit individuellen Magnetisierungsprofilen zusammengesetzt. Die kleinsten davon maßen in der Länge nur 70 Mikrometer, also gerade einmal 0,07 Millimeter, wie Dr. Jiachen Zhang gegenüber c’t berichtet.

Vom Greifer bis zum Blasebalg

So entstand beispielsweise eine einfache Kapsel aus zwei unterschiedlich magnetisierten Halbschalen. Die eine Halbschale ist dotiert mit Kobalt-Teilchen, die andere mit Partikeln aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung. Zunächst pressen sich die Halbschalen magnetisch aneinander und halten dicht. Durch ein äußeres Magnetfeld lässt sich dann aber eine Halbschale schneller ummagnetisieren als die andere. Die Kapsel springt auf und gibt ihre Ladung frei, und zwar genau im Einflussbereich des Magnetfeldes.

Ein Maschinchen aus magnetisierten Kapselhälften hält seinen Inhalt unter Verschluss,

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