Physische Intelligenz Mikroroboter soll Medikamente im Blut "ausliefern"

Stellen Sie sich vor, Sie haben Schmerzen im Bein und nehmen eine Schmerztablette. Die kommt durch den Mund in den Körper und der Wirkstoff in die Blutbahn. Doch der muss dann von ganz allein dorthin wandern, wo er hin soll. Das funktioniert im Fall von Schmerzmitteln vielleicht noch, bei anderen Medikamenten aber nicht ganz so effektiv. Deshalb haben Forscher einen winzigen Mikroroboter entwickelt, der in Zukunft der Lieferdienst in unserem Körper sein könnte.

Perspektive in der Blutbahn mit vielen roten Blutplättchen, die entgegengeflossen kommen und zwei Kapselförmigen Mikrorobotern in grün, die hineinmontiert wurden. 3 min
Bildrechte: imago/Panthermedia, MPI IS, MDR (M)

Er sieht im Prinzip aus wie eine Pistolenkugel, sagt Amirreza Aghakhani vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme über den neuen Mikroroboter. Und tatsächlich ist er im wahrsten Sinne des Wortes ein echtes Geschoss: Der bolzenförmige Mikroroboter bricht mit einer Geschwindigkeit von 2,2 Millimetern pro Sekunde alle Rekorde. Möglich macht das die Schubkraft, die durch sein Design entsteht.

Mehr Roböterchen als Roboter

"Diese Kraft ist zwei bis drei Größenordnungen stärker als bei Mikroorganismen wie Bakterien oder Algen. Die sind sehr schnell. Sie sind die effizientesten Schwimmer in der Natur", erklärt Postdoktorand Aghakhani. Doch der Roboter ist nicht nur besonders schnell, sondern auch besonders klein. Die Forscher haben ihn aus Polymer in einem speziellen 3D-Druckverfahren hergestellt:

Es ist sehr klein. Es ist ungefähr 25 Mikrometer groß. Im Vergleich ist das weniger als der Durchmesser eines Haares, der etwa bei 100 Mikrometer liegt. Es ist also ziemlich winzig.

Amirreza Aghakhani Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Muss er ja auch sein, immerhin soll der Mikroroboter irgendwann in unserer Blutbahn unterwegs sein. Dort soll er dann zum Beispiel in Windeseile Medikamente von A nach B transportieren. Aber wie funktioniert das eigentlich?

Unterwegs mit Ultraschall

Das Gehäuse des Roboters ist hohl und hat eine röhrenförmige Öffnung an einer Seite. Ist er umgeben von einer Flüssigkeit, kapselt er eine Luftblase ein, erläutert Aghakhani. Setze man ihn jetzt Ultraschallwellen aus, pulsiere die Blase und dadurch werde die Flüssigkeit im Inneren durch die Röhre nach außen gedrückt. Also wie eine Art Pumpe – nur mit akustischem Antrieb: "Zuerst setzt du die Blase dem Ultraschall aus, dann fängt sie an zu pulsieren und es entsteht ein Flüssigkeitsstrom. Diese Strömung treibt den Roboter an."

Drei Männer mit legerer Kleidung und dunklem Oberteil stehen vor einer Leinwand, auf der viele der kapselförmige Miniroboter zu sehen sind.
Amirreza Aghakhani (Mitte) und Team Bildrechte: MPI IS
Zwei Grafiken, die die Fortbewegung der Roboterkapseln mit Ultraschall (330 kHz) darstellen.
Der kleine Miniroboter bewegt sich mit Ultraschallwellen fort. Bildrechte: MPI IS

Die Ultraschallwellen sind für den Menschen nicht zu hören und auch sonst völlig ungefährlich, ergänzt der Max-Planck-Forscher. Zur Steuerung des Roboters braucht es dann noch Magnetfelder: Dank einer speziell beschichteten Flosse kann der Roboter in alle Richtungen navigiert werden. Seine Lieferung muss er im Körper erst einmal aufnehmen. Er sammelt sie quasi automatisch ein, wenn er sich bewegt, denn der Antrieb verursacht einen kreisförmigen Strom, der einiges an Kraft entwickeln kann. Amirreza Aghakhani: "Wenn wir diese Kraft also kontrollieren, können wir Partikel ringsherum anziehen. Das passiert wieder, weil die Blase pulsiert und dadurch das starre Material angesaugt wird. Der Roboter kann die Partikel anziehen, festhalten und sich damit - oder später mit den Medikamenten - gemeinsam bewegen."

Bisher nur Modelltest

Am Ziel könne die Ladung dann abgeladen werden, indem man die Ultraschallwellen einfach etwas abschwächt. Mithilfe von Spritzen oder Kathetern könnten die winzigen Roboter in unseren Körper gelangen. Raus müssen sie dann gar nicht mehr: Sie werden von ganz allein abgebaut, heißt es. Doch etwas Geduld ist noch nötig: Bisher konnten die Max-Planck-Forscher den Mikroroboter nur in einem Modell testen, das der menschlichen Blutbahn nachempfunden ist. Bis der Express-Bote für die Blutbahn einsatzfähig ist, könnten noch bis zu zehn Jahre vergehen.

Dieses Thema im Programm: MDR AKTUELL | 06. Februar 2020 | 09:50 Uhr

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