Medizin-Robotik

Mini-Tech-Krabbe putzt Arterien

10. Juni 2022, 10:30 Uhr | Ute Häußler
Medizintechnik Robotik Arterien Infarkt Krabbe putzen
Der Miniatur-Roboter auf einer 1-Cent-Münze im Größenvergleich.
© Northwestern University

Eine Miniatur-Roboterkrabbe, die kleiner als ein Floh ist, ist der kleinste ferngesteuerte Roboter aller Zeiten.

Ingenieure der Northwestern University in Evanston, Illinois haben den kleinsten ferngesteuerten Laufroboter aller Zeiten entwickelt - und zwar in Form einer winzigen Krabbe. Der Mini-Roboter bewegt sich ohne komplexe Hardware, Hydraulik oder Elektrizität. Die Fortbewegung wird durch die Formgedächtnislegierung des Roboters ermöglicht, die sich bei Erwärmung in ihre ursprüngliche Form erinnert. Die Forscher verwendeten dafür Mechanismen, die denen von Aufklappbüchern ähneln.

Minimal-Invasiv gegen Infarkte und Blutungen

Der kleine Roboter soll eingesetzt werden, um innerhalb eng begrenzter Räume Aufgaben zu erfüllen. Dazu zählt auch der menschliche Körper. So ist es denkbar, dass die Mini-Krabbe sich durch das Arterien-System bewegt und dort Blockaden beseitigt. Die Robo-Krabbe könnte so beispielsweise Infarkte verhindern, Ablagerungen lösen und Operationen überflüssig machen.

»Man kann sich die Mikroroboter als Agenten vorstellen, die in der Industrie kleine Strukturen reparieren oder zusammenbauen, oder als chirurgische Assistenten verstopfte Arterien reinigen, innere Blutungen stoppen oder Krebstumore beseitigen - alles in minimal-invasiven Verfahren,« sagt Forschungsleiter John A. Rogers.

Die winzigen Krabben sind nur einen halben Millimeter breit und können sich biegen, drehen, kriechen, laufen, sich drehen und sogar springen. Die Forscher haben auch millimetergroße Roboter entwickelt, die Würmern, Grillen und Käfern nachempfunden sind. »Unsere Technologie ermöglicht eine Vielzahl von kontrollierten Bewegungen und kann sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von einer halben Körperlänge pro Sekunde bewegen«, fügte Yonggang Huang hinzu, der die theoretischen Arbeiten leitete. »Das ist für terrestrische Roboter in so kleinem Maßstab sehr schwierig zu erreichen«.

Derzeit ist die Forschung experimentell, die Forschungsergebnisse wurden gerade in der Zeitschrift Science Robotics veröffentlicht.

 

Ein Laser bewegt die Robo-Krabbe

Die Krabbe, die kleiner als ein Floh ist, wird nicht durch komplexe Hardware, Hydraulik oder Elektrizität angetrieben. Stattdessen liegt seine Kraft in der elastischen Spannkraft seines Körpers. Für den Bau des Roboters verwendeten die Forscher eine Formgedächtnislegierung, die sich bei Erwärmung in ihre »erinnerte« Form zurückverwandelt. In diesem Fall verwendeten die Forscher einen abgetasteten Laserstrahl, um den Roboter an verschiedenen Stellen seines Körpers schnell zu erhitzen. Eine dünne Glasschicht bringt den entsprechenden Teil der Struktur beim Abkühlen elastisch in seine verformte Form zurück.

Wenn der Roboter von von der verformten in die erinnerte Form und wieder zurück wechselt, bewegt er sich fort. Der Laser aktiviert den Roboter nicht nur, druch die Abtastrichtung bestimmt er auch die Laufrichtung des Roboters. Wird zum Beispiel von links nach rechts gescannt, bewegt sich der Roboter von rechts nach links.

»Durch die winizigen Strukturen ist die Abkühlungsrate sehr hoch«, sagt John Rogers. »Je kleiner die Roboter sind, desto schneller können sie laufen«.

Pop-Up-Montage für Laufroboter

Um die winzigen Robo-Tierchen herzustellen, griffen Rogers und Huang auf eine Pop-up-Montage-Methode zurück, die von einem Aufklapp-Kinderbuch inspiriert wurde. Dazu klebte das Forscherteam flache, plane Roboterstrukturen auf ein leicht gedehntes Gummisubstrat. Wird das gedehnte Substrat entspannt, kommt es zu einem kontrollierten Knickprozess, und die Krabbe springt in genau definierte dreidimensionale Formen auf.

»Mit diesen Montagetechniken und Materialkonzepten können wir Laufroboter in fast allen Größen und Formen bauen«, so Rogers. Die Studierenden fühlten sich in ihrer Kreativität allerdings besonders vom Seitwärtsgang winziger Krabben inspiriert. Und so werden zukünftig also kleine Krabben im menschlichen Körper aufräumen und ausmisten. (uh)

 


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