Schuppentiere – auch Tannenzapfentiere genannt – sind faszinierende Kreaturen. Sie sind die einzigen Säugetiere, die vollständig mit harten Schuppen bedeckt sind. Diese bestehen aus Keratin, so wie zum Beispiel menschliche Nägel. Die Schuppen überlappen sich und sind direkt mit der darunter liegenden weichen Hautschicht verbunden. Durch diese besondere Anordnung können sich die Tiere bei Gefahr zu einer Kugel zusammenrollen – und zwar blitzschnell.
Schnelles Zusammenrollen – das kann auch der Roboter für die Medizin
Diese Eigenschaft hat Forscher der Abteilung für Physische Intelligenz des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart fasziniert. Sie nahmen das Tier als Vorbild und entwickelten einen flexiblen Roboter, der wie das Tier sowohl weiche als auch harte Komponenten aufweist und trotzdem im Handumdrehen zur Kugel wird – mit der zusätzlichen Eigenschaft, dass der Roboter bei Bedarf Wärme abgeben kann.
Der Softroboter, der unter Leitung von Prof. Dr. Metin Sitti entstand, lässt sich magnetisch steuern. Vom Magnetfeld wird die Temperatur beeinflusst, und er kann seine Form an die jeweilige Aufgabe anpassen, beispielsweise Ladung aufnehmen und selektiv freisetzen oder Blutungen stillen. Die entsprechende Forschungsarbeit haben Erstautor Ren Hao Soon und seine Kollegen und Kolleginnen Juni 2023 im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.
Roboter-Prinzip basiert auf rechteckigen Plättchen aus Polymer und Metall
Der Kern ihrer Idee ist ein rechteckiges Plättchen, das nicht mehr als 2 cm lang ist und aus zwei Schichten besteht: einer weichen Schicht aus einem Polymer, das mit kleinen Magnetpartikeln gespickt ist, sowie aus einer harten Komponente aus Metallelementen, die in Schichten überlappend angeordnet sind.
In einem Magnetfeld mit niedriger Frequenz können die Forscher den Roboter zusammenrollen und beliebig hin und her bewegen. Die Metallelemente stehen dabei wie die Schuppen des Tannenzapfentieres ab, ohne dabei umliegendes Gewebe zu verletzen. Ist der Roboter zusammengerollt, kann er Partikel wie beispielsweise Medikamente aufnehmen und transportieren. Die Vision der Forscher ist, dass solch eine kleine Maschine eines Tages zum Beispiel durch das menschliche Verdauungssystem wandert.
Vom Magnetfeld hängt es ab, ob der Roboter Wärme abgibt
Wird der Roboter einem Magnetfeld mit hoher Frequenz ausgesetzt, erwärmt er sich wegen des eingebauten Metalls über 70 °C. Wärmeenergie wird bei einigen medizinischen Verfahren eingesetzt, etwa bei der Behandlung von Thrombosen, um Blutungen zu stillen, und um Tumorgewebe zu entfernen.
Roboter, die so beweglich sind, obwohl sie aus harten Elementen wie Metall bestehen, und zusätzlich Hitze abgeben können, gibt es selten. Der Schuppentier-Roboter gilt daher als vielversprechend für die moderne Medizin. Er könnte eines Tages minimal-invasiv und schonend selbst beengte und sensible Regionen im Körper erreichen und dort je nach Bedarf Wärme abgeben.
Das ist zwar noch eine Zukunftsvision. Doch zeigt heute schon ein Video, wie die Forscher den Roboter durch Tiergewebe und künstliche Organe flexibel steuern können.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Metin Sitti
E-Mail: sitti@is.mpg.de
