Winzige Mikroroboter können durch den menschlichen Körper rollen

Ingenieure an der Purdue University haben einen winzigen rechteckigen Roboter entwickelt, der innerhalb des menschlichen Körpers operieren kann. Die neue Technologie, die in lebenden Tiermodellen demonstriert wurde, bringt uns näher an die Nutzung von Robotern für viele bahnbrechende Anwendungen, insbesondere im Gesundheitswesen.

Die neue Studie wurde in der Zeitschrift Nature Machine Intelligence veröffentlicht.

Der Roboter, der durch den Dickdarm rollte, indem er Rückflips machte, ist ein Werkzeug für den Transport von Medikamenten. Organe wie der Dickdarm gelten als raues Gelände, was teilweise den Rückflip-Aspekt der Technologie erklärt. Es ist die erste Demonstration eines rollenden Mikroroboters in vivo.

Einer der größten Vorteile der Verwendung eines winzigen Roboters zur Medikamentenabgabe ist, dass er genau auf die Zielstelle treffen kann. Durch diese Methode kann der Roboter andere Organe umgehen, mit denen die Medikamente interagieren und Nebenwirkungen wie Haarausfall und Magenblutungen verursachen können.

Der Mikroroboter wird von einem magnetischen Feld außerhalb des Körpers gesteuert und mit Energie versorgt.

David Cappelleri ist Associate Professor für Maschinenbau an der Purdue University.

“Wenn wir ein rotierendes externes magnetisches Feld auf diese Roboter anwenden, rotieren sie genauso wie ein Autoreifen über raues Gelände”, sagte Cappelleri. “Das magnetische Feld durchdringt auch sicherlich verschiedene Arten von Medien, was wichtig ist, um diese Roboter im menschlichen Körper zu verwenden.”

Der Dickdarm wurde aufgrund seines einfachen Zugangs und seiner schwierigen Umgebung ausgewählt.

Luis Solorio ist Assistant Professor an der Weldon School of Biomedical Engineering der Purdue University.

“Ein Roboter durch den Dickdarm zu bewegen, ist wie das Benutzen eines People-Walkers auf einem Flughafen, um schneller zu einem Terminal zu gelangen. Nicht nur bewegt sich der Boden, sondern auch die Menschen um einen herum”, sagte Solorio.

“Im Dickdarm haben Sie all diese Flüssigkeiten und Materialien, die dem Pfad folgen, aber der Roboter bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung. Es ist einfach keine einfache Reise.”

Die schwierige Umgebung macht die Fähigkeit des Roboters, darin zu operieren, noch beeindruckender.

https://www.youtube.com/watch?v=9OsYpJFWnN8&feature=youtu.be

Experimente

Die In-vivo-Experimente fanden im Dickdarm von lebenden Mäusen statt, die unter Narkose standen. Ein Mikroroboter wurde zunächst in eine Salzlösung gegeben, bevor er in die Mäuse eingesetzt wurde, und Ultraschallgeräte halfen, seine Bewegungen in Echtzeit zu beobachten.

Die Forscher stellten auch fest, dass die Mikroroboter erfolgreich in Schweinen operieren konnten, aufgrund der Ähnlichkeiten zwischen dem Verdauungstrakt der Tiere und dem des Menschen.

Craig Goergen ist Associate Professor für Biomedizinische Technik an der Purdue University.

Der Mikroroboter wurde mit einem fluoreszierenden Mock-Medikament überzogen und konnte das Medikament erfolgreich durch das Rollen im Lösungsmittel transportieren.

“Wir konnten eine kontrollierte Abgabe des Medikamenten erreichen. Das bedeutet, dass wir den Mikroroboter möglicherweise zu einem Ort im Körper steuern, ihn dort lassen und dann das Medikament langsam freisetzen können. Und da der Mikroroboter eine Polymer-Beschichtung hat, würde das Medikament nicht vorher abfallen, bevor es das Ziel erreicht”, sagte Solorio.

Die Mikroroboter bestehen aus Polymer und Metall, die nicht giftig und biologisch abbaubar sind.

“Aus diagnostischer Sicht könnten diese Mikroroboter den Bedarf an minimalinvasiven Koloskopien verhindern, indem sie Gewebe sammeln. Oder sie könnten Ladungen abliefern, ohne die Vorbereitungsarbeiten durchführen zu müssen, die für herkömmliche Koloskopien erforderlich sind”, sagte Goergen.