"Schließlich möchten wir Armeen von Mikrorobotern bilden, die eine komplizierte Aufgabe auf koordinierte Weise ausführen können."
Samuel I. Stupp Labor / Northwestern UniversityWasser macht fast 90 Prozent des Robotergewichts aus. Es ist auch kaum einen halben Zoll breit und enthält keine komplexe Elektronik.
Forscher der Northwestern University haben erfolgreich einen winzigen Roboter entwickelt, der in den menschlichen Körper eindringen soll, um chemische Prozesse in Gang zu setzen. Laut The Engineer kann es mit seinen vier Beinen chemische Ladung aufnehmen und an einen anderen Ort transportieren - dann „tanzt“ es, um die Chemikalie freizusetzen und eine Reaktion auszulösen.
Die im Science Robotics Journal veröffentlichte Studie erklärte, dass dieser winzige medizinische Roboter der erste seiner Art ist. Durch Licht aktiviert und von einem externen Magnetfeld geleitet, enthält es keine komplexe Elektronik und besteht stattdessen hauptsächlich aus einem weichen, wassergefüllten Gel.
Dieser kleine Assistent besteht zu fast 90 Gewichtsprozent aus Wasser. Beschrieben als vierbeiniger Tintenfisch, misst er nicht mehr als 0,4 Zoll. Laut IFL Science kann es sogar mit der Gehgeschwindigkeit des Menschen Schritt halten und alle beabsichtigten Partikel über wild unebenes Gelände abgeben.
Glücklicherweise gibt es Aufnahmen von diesem bemerkenswerten kleinen Bot in Aktion.
Aufnahmen des winzigen Roboters der Northwestern University, der durch einen Wassertank navigiert.Während der Einsatz dieses Roboters in einem menschlichen Körper Jahre entfernt ist, gibt uns die obige Demonstration einen Einblick. Der Roboter wurde entwickelt, um im Gegensatz zu den hardwareintensiven Modellen von gestern sicher mit Weichgewebe zu interagieren. Er kann entweder im Körper eines Patienten laufen oder rollen und sich drehen, um seine Ladung zu entladen.
"Herkömmliche Roboter sind in der Regel schwere Maschinen mit viel Hardware und Elektronik, die nicht sicher mit weichen Strukturen, einschließlich Menschen, interagieren können", sagte Samuel I. Stupp, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Chemie, Medizin und Biomedizintechnik an der Northwestern University.
„Wir haben weiche Materialien mit molekularer Intelligenz entwickelt, damit sie sich wie Roboter jeder Größe verhalten und nützliche Funktionen in winzigen Räumen unter Wasser oder unter der Erde ausführen können.“
In Bezug auf die Navigation wird die Bewegung des Roboters gesteuert, indem ein Magnetfeld in die Richtung fixiert wird, in die es gehen soll. Obwohl dies derzeit von technisch versierten Forschern demonstriert wird, besteht das Ziel darin, geschulte Ärzte mit dem Prozess vertraut zu machen und das Tool selbst zu verwalten.
Samuel I. Stupp Laboratory / Northwestern UniversityDas Hydrogel, aus dem der Körper des Roboters besteht, wurde synthetisiert, um auf Licht zu reagieren, und kann daher dazu gebracht werden, sich wie beabsichtigt zu entfalten oder zu watscheln.
Die eigentlichen Komponenten des Roboters bestehen im Wesentlichen aus einer wassergefüllten Struktur, in der sich ein Skelett aus Nickel befindet. Diese Filamente sind ferromagnetisch - und reagieren auf elektromagnetische Felder. Somit können die vier sprichwörtlichen Beine von einer externen Quelle gesteuert werden.
Das weiche Hydrogel, aus dem dieser wassergefüllte Körper besteht, wurde unterdessen chemisch synthetisiert, um auf Licht zu reagieren. Abhängig von der Lichtmenge, die auf die Maschine fällt, behält sie ihren Wassergehalt entweder bei oder stößt ihn aus - und versteift oder lockert sich somit, um mehr oder weniger auf die Magnetfelder zu reagieren.
Letztendlich besteht das Ziel darin, die Funktion des Roboters so anzupassen, dass chemische Reaktionen im Körper beschleunigt werden können, indem unerwünschte Partikel entfernt oder zerstört werden. Inzwischen ist das Forschungsteam jedoch bestrebt, dass dieser Roboter tatsächlich Chemikalien an bestimmte Gewebe liefert und so Medikamente direkter verabreicht.
„Durch die Kombination von Geh- und Lenkbewegungen können wir bestimmte Sequenzen von Magnetfeldern programmieren, die den Roboter aus der Ferne bedienen und ihn auf Pfade auf ebenen oder geneigten Oberflächen lenken“, sagte Monica Olvera de la Cruz, die die theoretische Arbeit des Projekts leitete.
Samuel I. Stupp Labor / Northwestern University Der leitende Forscher Samuel I. Stupp hofft, dass eines Tages Armeen dieser Mikroroboter durch die Körper kranker Patienten navigieren und sich intern um ihre Bedürfnisse kümmern können.
„Mit dieser programmierbaren Funktion können wir den Roboter durch enge Passagen mit komplexen Routen lenken.“
Im Vergleich zu früheren Designs ist dieses Modell eine außergewöhnliche Verfeinerung. In der Vergangenheit konnte der winzige Roboter kaum alle 12 Stunden einen Schritt machen. Es dauert jetzt beiläufig einen Schritt pro Sekunde, vergleichbar damit, wie Menschen von einem Ort zum anderen gehen.
„Das Design des neuen Materials, das Lebewesen imitiert, ermöglicht nicht nur eine schnellere Reaktion, sondern auch die Ausführung anspruchsvollerer Funktionen“, sagte Stupp. "Wir können die Form ändern und den synthetischen Kreaturen Beine hinzufügen und diesen leblosen Materialien neue Gangarten und intelligentere Verhaltensweisen verleihen."
„Schließlich möchten wir Armeen aus Mikrorobotern zusammenstellen, die eine komplizierte Aufgabe auf koordinierte Weise ausführen können. Wir können sie molekular optimieren, um miteinander zu interagieren und das Schwärmen von Vögeln und Bakterien in der Natur oder von Fischschwärmen im Ozean nachzuahmen… Anwendungen, die zu diesem Zeitpunkt noch nicht konzipiert wurden. “
In diesem Sinne haben Stupp und sein Team erst begonnen, die Oberfläche zu kratzen. Wie der von Tintenfischen inspirierte Roboter machen Forscher dieses Projekt Schritt für Schritt.
Das endgültige Ziel bleibt jedoch so unerkennbar wie die Zukunft selbst. Es ist zwar unklar, wie genau dies letztendlich verwendet wird, aber es ist sicherlich aufregend.