Miniroboter für medizinische Eingriffe

Schon lange träumen Medizinerinnen und Mediziner von Robotern, mit denen sich etwa Verletzungen im Magen-Darm-Trakt behandeln oder auch Tumore an schwer zugänglichen Stellen bekämpfen lassen. Klein und weich müssten diese Softroboter sein, damit sie ihren Weg durch den Körper finden, ohne dabei gesundes Gewebe zu beschädigen. Nun haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Prototypen entwickelt, der diese Eigenschaften erfüllt und auf einem interessanten Prinzip basiert: Denn wie die Forschenden in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ berichten, entwickelten sie einen Roboter, der die Schuppenhaut von Schuppentieren imitiert.

Medizinische Miniroboter müssen sich nicht nur zuverlässig durch den Körper steuern lassen, sondern noch weitere wichtige Funktionen bereitstellen. Beispielsweise sollten sie Wirkstoffe gezielt im Körper freisetzen können oder sich kontrolliert erwärmen lassen. Denn mit Hitze lassen sich Wunden behandeln und bestenfalls schließen oder auch Tumore schädigen. Der Softroboter, den Ren Hao Soon vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart und sein Team nun nach dem Vorbild von Schuppentieren entwickelt haben, vereint all diese Eigenschaften in sich.

Der Prototyp besteht aus mehreren Lagen dünner Metallplättchen, die nicht starr, sondern flexibel in überlappenden Reihen angeordnet sind – ähnlich wie die Hornschuppen von Schuppentieren. Für die Plättchen verwendeten Soon und sein Team ein magnetisches Material, um die Form des Roboters mithilfe von äußeren Magnetfeldern zu steuern: So kann der Roboter ganz flach werden, mit einer Breite und Länge von einem Zentimeter und einem Zehntel Millimeter Höhe. Er lässt sich aber auch zu einem dünnen Zylinder formen, was sich etwa für die Navigation durch den Magen-Darm-Trakt eignen könnte.

Weitere Experimente zeigten, dass sich der Roboter – mithilfe von elektromagnetischer Strahlung – innerhalb einiger Sekunden auf rund 70 Grad Celsius erhitzen lässt. Zudem ist es möglich, Wirkstoffe durch den Roboter freizusetzen, indem das Material der Plättchen entmagnetisiert wird. Diese Funktionen des Prototypen testeten Soon und sein Team bereits an Gewebeproben: Auch durch mehrere Zentimeter Körpergewebe hindurch lässt sich der Roboter ausreichend erwärmen und entmagnetisieren. Die Forschenden sind zuversichtlich, dass solche Softroboter zukünftig bei medizinischen Eingriffen eingesetzt werden können, um etwa Blutungen zu stoppen oder Tumore zu bekämpfen.