Mikro- oder Nano-Roboter im menschlichen Körper

Der Mikro-Schwimmer in Form einer Jacobs-Muschel mit einer Breite von 300 μm.

Künstliche Antriebe für Mini-Roboter machen es möglich, sie durch Blut und andere Körperflüssigkeiten schwimmen zu lassen. Werden sie irgendwann mit Botenaufträge zu erkrankten Stellen zu schicken sein?

Kleine Roboter – durch die Injektionsnadel in die Blutbahn des Patienten eingeschossen – finden selbstständig ihren Weg durch den Körper, um direkt am Ort der Erkrankung Mikro-Operationen durchzuführen oder ein Medikament in die kranken Zellen einzubringen. Der Patient braucht weder einen Chirurgen mit Skalpell noch stark belastende Medikamente an seinen Körper heranzulassen und kann trotzdem von schweren Krankheiten geheilt werden; Nebenwirkungen ausgeschlossen. Noch ist das natürlich Zukunftsmusik, doch am Max Planck Institut für intelligente System in Stuttgart arbeitet Peer Fischer mit seinem Team an den Antrieben für Roboter, die durch Blut und andere Körperflüssigkeiten schwimmen können. (1)

Vorteil der Nicht-Newton´schen Fluide

Die Maschinen in Form von Mikro-Muscheln werden nicht durch äußere Magnetfelder angetrieben, sondern verfügen über einen eigenen Antrieb. Bei einer Größe von wenigen Mikrometern müssen diese sehr simpel aufgebaut sein und können somit auch nur einfache Schwimmbewegungen erzeugen; z.B. ein sich wiederholendes Hin- und Herschlagen zweier Flächen. Im Normalfall ist diese Schwimmbewegung jedoch nicht von besonders hoher Effizienz gekennzeichnet. Denn bei der periodischen Bewegung des vollständig von Flüssigkeit umgebenen Körpers ist die Kraftwirkung in beide Richtungen gleich groß. Der Mikro-Roboter taumelt hin und her, die gerichtete Vorwärtsbewegung bleibt jedoch aus.
Hier hilft die Natur, genauer gesagt die physikalischen Eigenschaften der Körperflüssigkeiten auf der Mikrometergrößenskala. Dort verhalten sich z.B. Blut, Gelenk- oder Augenflüssigkeit nämlich als Nicht-Newton’sche Fluide. Das heißt, sie bieten der langsamen Schlagbewegung der Flächen einen geringen Widerstand, um beim schnellen Gegenschlag sich nahezu wie ein Festkörper zu verhalten. Auf diese Weise können die Mikro-Muscheln sich kraftvoll gegen die Richtung des schnellen Schlags abstoßen und mit rhythmischen Schwimmbewegungen Strecke machen.

Quellen und Verweise:

(1) spectrum.ieee.org/…medical-robots/…

youtube.com/watch?v=eZ05z6ebKDQ

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