Kleine Roboter, die im Dienste der Medizin im Körper von Patienten unterwegs sind: Diese futuristisch wirkende Vision nimmt durch technische Fortschritte der letzten Jahre immer mehr Gestalt an. Vor allem wird dabei an Konzepten der sogenannten Softrobotik getüftelt, denn Konstruktionen aus flexiblen Materialien eignen sich besonders für den Einsatz in den empfindlichen Strukturen des Körperinneren. Metallische Materialien könnten der Technik dabei zusätzliche Fähigkeiten eröffnen – doch bisher gab es einen Nachteil: Bei bestimmten Materialstärken werden sie unflexibel.
Hilfreiches Natur-Patent
Doch wie bei vielen technischen Herausforderungen kann man sich offenbar auch in diesem Fall Rat bei der Natur einholen: Das Entwicklerteam um Senior-Autor Metin Sitti vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart hat sich vom „Patent“ des Schuppentiers inspirieren lassen. Der Körper dieser skurrilen Säugetiere ist hart gepanzert, aber dennoch flexibel. Möglich wird dies durch Schuppen aus dem Haar- und Nägel-Baustoff Keratin, die sich überlappen und direkt mit der darunter liegenden weichen Hautschicht verbunden sind. Durch diese besondere Anordnung können sich die Tiere trotz der harten Grundsubstanz bei Gefahr eng zusammenrollen.
Dieses Natur-Patent haben die Stuttgarter Wissenschaftler nun in ein metallisches Softrobotik-Konzept umgesetzt: Es handelt sich um ein flaches, rechteckiges Gebilde, das etwa zwei Zentimeter lang ist und aus zwei Schichten besteht. Das Pendant zu den Keratin-Schuppen des Tieres bilden dabei kleine harte Plättchen aus einem metallischen Material, die überlappend angeordnet sind. Diese Schicht sitzt auf einer Lage aus einem flexiblen Polymer-Material, in das zusätzlich magnetische Partikel integriert wurden.
So ist der Roboter weich und flexibel, obwohl er aus vergleichsweise massiven Metallelementen besteht, die spezielle Funktionen ermöglichen. Wird der Roboter einem Magnetfeld mit niedriger Frequenz ausgesetzt, können die Wissenschaftler ihn berührungsfrei und drahtlos bewegen: Das Plättchen lässt sich ein- und ausrollen und im runden Zustand gezielt zu bestimmten Stellen manövrieren. Die Metallelemente stehen dabei wie die Schuppen des Tieres leicht ab, ohne dabei umliegendes Gewebe zu verletzen.
Flexibel, agil und aufheizbar
Durch Tests an Organ-Modellen sowie präparierten Schweinemägen konnten die Wissenschaftler dann die Leistungsfähigkeit des Konzepts und das medizinische Potenzial dokumentieren. Es wird deutlich, dass sich der Schuppentier-Roboter mithilfe von Magnetfeldern flexibel und effektiv durch das Verdauungssystem steuern lässt. Vor allem könnte er dabei auch den schwer zugänglichen Dünndarm erreichen. Im zusammengerollten Zustand könnte er in seinem Innern auch Objekte wie Medikamente dorthin transportieren und dann gezielt an bestimmten Stellen freigeben, geht aus den Versuchen hervor.
