Forscher bauen weichen Elektromotor - Reparaturfahrzeug im Körper

Anstatt Kupferdraht und Eisen bilden hier ein elastischer Werkstoff und Flüssigmetall die Grundzutaten des Aktuators. Eine Forschungsgruppe um Martin Kaltenbrunner von der Abteilung Physik der Weichen Materie und dem «LIT Soft Materials Lab» der Universität Linz hat kürzlich im Fachblatt «Nature Materials» ein neuartiges Biogel vorgestellt, das dehn- und biegbar sowie ausreichend stabil ist, um mit elektronischen Bauteilen zu einer Art weicher Roboter kombiniert zu werden.

Nun präsentiert das Team um den Erstautor der nunmehrigen Studie, Guoyong Mao, einen Ansatz zur Umsetzung von neuartigen sogenannten Aktuatoren - also Bauteilen, die ein elektrisches Signal in eine Bewegung umwandeln. In diesem Fall sind dies elastische Kunststoffe mit kleinen Kanälen, in welche die Wissenschaftler Flüssigmetall füllen. Werden diese dann in einem magnetischen Feld von elektrischem Strom durchflossen, führen die Teile eine Bewegung aus.

Flexibel, schnell und wasserdicht

«Flüssiges Metall hat zwei Eigenschaften, die wir brauchen: Zum einen leitet es Strom sehr gut. Zum anderen ist es in Kanälen aus elastischem Material dehnbar und - wie Wasser - weich und formveränderlich. Das ist die ideale Kombination für einen weichen Motor», sagte Kaltenbrunner im Gespräch mit der Nachrichtenagentur APA. Bisher leiden ähnliche weichen Aktoren noch unter relativ langen Reaktionszeit, geringer Leistung oder brauchen Hochspannung, um die gewünschten Bewegungen anzustossen.

Der Linzer Ansatz kommt hingegen mit einer Spannung von einem Volt aus- Die Bewegung wird in Sekundenbruchteilen ausgeführt und das Teil funktioniert auch im Wasser. Das demonstrieren die Wissenschaftler etwa anhand eines weichen Roboterhais, mit dessen Flossen sich ein Farbstoff im Wasser sehr schnell verteilen lässt.

Ausserdem zeigt das Team mit einer Art Robo-Blume, dass sich ihre aus fünf einzeln steuerbaren Blütenblättern bestehende Knospe in wenigen Millisekunden öffnen und schliessen kann. Derart konstruierte Aktuatoren können sich rund zwei Millionen Mal biegen, ohne sich dabei abzunutzen, so die Wissenschaftler.

Fernziel: Reparatur-U-Boot im Körper

Eine ihrer Ideen sieht vor, weiche Mini-Maschinen beispielsweise in den Körper eines Patienten zu bringen und ihre Aktuatoren dann mit dem Magnetfeld eines Magnetresonanztomografen (MRT) fernzusteuern. So könnten sie dort eine bestimmte Aufgabe erfüllen, wie etwa ein Blutgerinnsel beseitigen. Derartige implantierbare Mikroroboter, die über elektromagnetische Felder gesteuert werden, seien «zur Zeit ein grosses Thema in der Medizintechnik», sagte der Forscher.

Das Linzer Team arbeitet nun an der Verkleinerung der Bauteile und dem Zusammenführen von noch mehr einzelnen Aktuatoren, die gemeinschaftlich komplexe Mini-Roboter bilden. Diese könnten dann einmal etwa Aufgaben im Bereich der gezielten Verabreichung von Medikamenten, bei Gewebediagnosen oder der Manipulation von Zellen erfüllen.

"Fachartikellink https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abc0251