Schallgesteuert: Nudelförmiger Roboter bewegt sich durch künstliche Blutgefäße
Medikamente sollen mit Mikrorobotern gezielt in den Körper eingebracht werden. Die Steuerung des Roboters kann per Schall erfolgen.
Eine Illustration des Mikroroboters, wie er sich in einem Blutgefäß fortbewegt.
(Bild: ETH)
Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) haben einen Mikroroboter in Form einer mikroskopisch kleinen Spiralnudel entwickelt, der sich von Schall angeregt im menschlichen Körper bewegen kann. Der Roboter könnte so Medikamente durch Blutgefäße an seinen Bestimmungsort transportieren.
Die Forschenden der ETH nutzen bei ihrem Ansatz, den sie in der in Science Advances veröffentlichten Studie "An acoustically controlled helical microrobot" beschreiben, die Kraft der Schallwellen aus. Diese können mechanische Schwingungen erzeugen, die organisches Gewebe durchdringen. Jeder kennt das, der schon mal in der Nähe eines Basslautsprechers gestanden und die Vibrationen im Körper gespürt hat. Diese Schwingungen sollen den Mikroroboter dazu bringen, sich zu bewegen.
Bewegung durch Schallwellen
Der nur 350 µm kleine Roboter sieht aus wie eine korkenzieherförmige Rotini-Nudel. Die Form haben sich die Wissenschaftler aus der Natur von speziellen Bakterien abgeschaut und ihn aus einem ungiftigen, für den menschlichen Körper unbedenklichen Polymer im 3D-Druckverfahren hergestellt. Der Roboter kommt ohne Motoren, Energiequelle und interner Steuerungselektronik aus.
Die Forscher bauten ein Blutgefäß in Form einer engen Röhre künstlich nach, die sie mit Wasser oder Isopropylalkohol füllten. Mittels eines kleinen Schallwandlers gelang es ihnen, den darin befindlichen Roboter so zu beschallen, dass er sich vorwärts drehte und durch das künstliche Blutgefäß glitt.
Ursächlich dafür sind nach Angaben der Forscher die Flüssigkeitsmoleküle, die durch den Schall auf die Spiralen des Roboters treffen, einen Wirbel um seinen spiralförmigen Körper bilden und ihn dadurch nach vorn treiben. Die Wissenschaftler vergleichen den Effekt mit dem, der bei Flugzeugen durch Luftwirbel für den Auftrieb sorgt – nur kleiner und komplexer.
Durch Frequenzveränderungen des Schalls steuerten die Forscher den Roboter in verschiedene Richtungen. Sie fanden dabei heraus, dass sich der Roboter bei einer Frequenz von 15 kHz sogar in einer 45 Grad nach oben gerichteten Röhre vorwärtsbewegen konnte. Auch in spiralförmig geformten Röhren konnte sich der Roboter problemlos fortbewegen.
Weitere Forschung
Die Wissenschaftler des ETH sehen allerdings noch einige Anpassungsarbeiten. So müsse die Form des Roboters verändert und Sensoren zur genaueren Steuerung seiner Bewegungsbahn eingebracht werden. Dann könnte er sich für den Einsatz im menschlichen Körper eignen, um gezielt Medikamente etwa in das Gehirn einbringen zu können. Derzeit arbeiten die Forschenden an einem akustischen Helm, der eingesetzt werden kann, um den Roboter in Blutgefäßen im Gehirn bewegen zu können.
In der Medizin gibt es bereits alternative Ansätze, die Mikroroboter im menschlichen Körper mittels Magnetfelder steuern. Die schallgesteuerte Variante könnte jedoch für den menschlichen Körper schonender sein. Bis es jedoch klappt, dass der Roboter Medikamente in Zielgebieten ein- und ausschleusen kann, sind noch weitere Studien nötig.
(olb)