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Flüssige Roboter

Eine ganz neue Art, Medikamente zu verabreichen

6. Februar 2023, 12:36 Uhr | Kathrin Veigel

Forscher aus den USA und Asien haben Miniroboter entwickelt, die schnell und reversibel zwischen flüssiger und fester Form wechseln können. Was sich wie Science Fiction aus Hollywood anhört, man denke nur an Terminator 2, soll künftig beispielsweise die Medikamentengabe verbessern.

Die Roboter, deren Vorbild die Seegurke ist, können aber nicht nur ihre Form verändern, sondern sind auch magnetisch und können Strom leiten, wie die die amerikanischen und asiatischen Forscher in der Fachzeitschrift Matter, in der die entsprechende Studie veröffentlicht wurde, erklären.

Als Basis der neuartigen Roboter haben die Wissenschaftler ein neues phasenwechselndes Material – eine sogenannte magnetoaktive Phasenübergangsmaterie (MPTM) – geschaffen, indem sie magnetische Neodym-Eisen-Bor-Mikropartikel in Gallium, einem Metall mit sehr niedrigem Schmelzpunkt (29,8 °C), eingebettet haben.

»Die magnetischen Partikel haben hier zwei Aufgaben«, erklärt die Hauptautorin der Studie und Maschinenbauingenieurin Carmel Majidi von der Carnegie Mellon University: »Die eine ist, dass sie das Material für ein magnetisches Wechselfeld empfänglich machen, so dass man durch Induktion das Material aufheizen und den Phasenwechsel herbeiführen kann. Aber die magnetischen Partikel verleihen den Robotern auch Mobilität und die Fähigkeit, sich als Reaktion auf das Magnetfeld zu bewegen.«

Dies stehe im Gegensatz zu herkömmlichen phasenwechselnden Materialien, die auf Heizpistolen, elektrische Ströme oder andere externe Wärmequellen angewiesen sind, um die Umwandlung von fest nach flüssig zu bewirken. Das neue Material zeichne sich laut Majidi zudem durch eine extrem flüssige Phase aus – im Gegensatz zu anderen phasenwechselnden Materialien, deren flüssige Phasen wesentlich zähflüssiger seien.

Halbierter Roboter fügt sich von selbst wieder zusammen

Bevor das Team konkreter potenzielle Anwendungen erforschte, testete es zunächst die Mobilität und Stärke des Materials in vielerlei Situationen. So sprangen die Roboter mit Hilfe eines Magnetfelds sprangen über Gräben, kletterten Wände hoch und teilten sich sogar in zwei Hälften, um gemeinsam andere Objekte zu bewegen, bevor sie sich wieder zusammenfügten.

Nach diesen Tests folgte der Einsatz in der Praxis, »um einige sehr spezifische medizinische und technische Probleme zu lösen«, wie Chengfeng Pan von der Universität Hongkong erläutert. Im biomedizinischen Bereich setzte das Team die Roboter zum Beispiel ein, um einen Fremdkörper aus einem Modellmagen zu entfernen und Medikamente auf Abruf in demselben Magen zu verabreichen.

Künftige Arbeiten sollen nun weiter untersuchen, wie diese Roboter in weiteren biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden können. »Was wir hier zeigen, sind nur einmalige Demonstrationen, es sind noch viel mehr Studien erforderlich, um herauszufinden, wie sie tatsächlich für die Verabreichung von Medikamenten oder die Entfernung von Fremdkörpern eingesetzt werden könnten«, so Majidi. (kv)