Medizintechnik Mini-Roboter soll durch den Körper wandern

Raupen und Quallen sind die Vorbilder für einen nur wenige Millimeter großen Roboter, den Stuttgarter Forscher entwickelt haben. Die extrem bewegliche Maschine soll einmal Medikamente zielgerichtet im Körper abliefern.
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Quallen und Raupen sind nur zwei der Vorbilder aus der Natur, von denen sich die Wissenschaftler bei der Entwicklung des Roboter inspirieren ließen. (Foto: MPI für Intelligente System)
Natur als Vorbild

Quallen und Raupen sind nur zwei der Vorbilder aus der Natur, von denen sich die Wissenschaftler bei der Entwicklung des Roboter inspirieren ließen. (Foto: MPI für Intelligente System)

BerlinSeine Beweglichkeit macht diesen weichen Mini-Roboter einzigartig: Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart haben den magnetisch gesteuerten Kleinstroboter entwickelt, der krabbeln, schwimmen, springen und Lasten tragen kann.

Das winzige Transportsystem ist für allem für Mediziner interessant: Der Roboter könnte zum Beispiel durch den menschlichen Körper wandern und Medikamente genau dort platzieren, wo sie gebraucht werden. Über ihre Erfindung berichten die Forscher aktuell im Fachjournal Nature.

Industrieroboter wird zum Pizzabäcker
Roboter backt Pizza
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Ein Roboter, der den Haushalt erledigt – am Bremer Institut für künstliche Intelligenz (IAI) arbeiten Forscher an der Verwirklichung dieses Traums: Dort wird Robotern Küchenarbeiten wie Pizzabacken oder das Zubereiten von Popcorn beigebracht.

Forschungsprojekt RoboHow
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Im Zuge des EU-finanzierten Projekts „RoboHow“ werden die Maschinen von den Bremer Forschern auf die Erledigung solcher Aufgaben trainiert. Durch die Arbeit in der Küche...

Zielorientiertes Handeln
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...sollen die Maschinen selbstständiges, zielorientiertes Handeln lernen und dabei vage Anforderungen in präzise Bewegungsketten umsetzen.

Michael Beetz mit Haushaltsroboter Pepper
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Alltagsaufgaben wie das Eindecken des Esstischs oder die Zubereitung einer einfachen Mahlzeit sind für Maschinen eine echte Herausforderung. „Den Menschen ist nicht bewusst, wie komplex das Ganze ist“, sagt Institutsleiter Michael Beetz.

Hochkomplizierte Abläufe
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„Küchenarbeiten sind hochkomplizierte Abläufe für einen Roboter“, so Beetz. „Einem Zweijährigen, dem man sagt: ‚Trink!‘, der kann einschenken und weiß, dass er nichts verschütten soll. Ein Roboter muss das lernen.“

Anleitungen aus dem Internet
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Am IAI werden die Roboter unter anderem mit Anleitungen aus dem Internet gefüttert. Auch mit Virtual Reality (VR) arbeitet das Forscherteam: Mit VR-Brille und Handcontrollern stellen die Mitarbeiter Bewegungsabläufe nach, die dann in für Roboter lesbare Daten umgewandelt werden.

Ergebnisorientiertes Handeln
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Labormanager Alexis Maldonado weiß, was alles schiefgehen kann, wenn ein Roboter stumpf vorgegebene Anweisungen befolgt: „Die ersten Maschinen, an denen ich mitgearbeitet habe, haben Löcher in die Tische gehauen.“ Ziel der Bremer Forscher ist es daher, den Maschinen ergebnisorientiertes und nicht wie bisher wortwörtliches Handeln beizubringen.

Vier Millimeter klein ist der Roboter, flach wie ein rechteckiges Blatt Papier und geformt aus weichem Polymer. In die Polymerschicht eingebettet sind magnetische Partikel, die zur Steuerung der Maschine durch ein externes Magnetfeld dienen. Indem die Forscher Stärke und Richtung des Magnetfeldes variieren, verformen sie den Silikonstreifen und machen ihn so beweglich.

So gesteuert, kann der Roboter auf Oberflächen laufen oder rollen, über Hindernisse springen, durch enge Röhren krabbeln sowie auf oder in einer Flüssigkeit schwimmen. Zudem kann er Objekte greifen, transportieren und gezielt ablegen.

Inspirationen holten sich die Wissenschaftler in der Natur: Die Beweglichkeit des Roboters entspreche einer „Mischung aus mehreren weichen Lebewesen wie Käferlarven und Raupen, aber auch ein Spermatozoid und eine Qualle standen Modell“, so Metin Sitti, Direktor der Abteilung für Physische Intelligenz.

Den Kleinstroboter testete Sittis Team in einer synthetischen Magenattrappe sowie in Hühnerfleischgewebe – in beiden Fällen schlug sich der synthetische Mehrkämpfer bestens. Wenn die Forscher ihn dabei nicht direkt beobachten konnten, verfolgten sie mit Ultraschall, wo und wie genau der Roboter sich seinen Weg bahnte.

Ob er sich auch durch den menschlichen Körper steuern lässt, muss der bewegliche Winzling allerdings noch beweisen. „Uns schwebt vor, dass unser Milliroboter eines Tages Medikamente dorthin transportiert, wo sie gebraucht werden – ähnlich einer Paketlieferung an die Haustür“, sagt Sitti.

Dazu müsste der Roboter entweder vom Patienten geschluckt oder durch eine kleine Öffnung in der Haut in den Körper eingeführt werden. „Von dort kann er sich dann durch den Verdauungstrakt bewegen oder durch die Blase, oder bis zum Herz – uns schweben viele Möglichkeiten vor“, so Sitti.

Nur vier Millimeter ist der Silikonstreifen lang, der den Körper des extrem beweglichen Roboters bildet. (Foto: MPI für Intelligente Systeme)
Beweglicher Winzling

Nur vier Millimeter ist der Silikonstreifen lang, der den Körper des extrem beweglichen Roboters bildet. (Foto: MPI für Intelligente Systeme)

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  • dpa
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