Roboter Klein

Robotertechnik: Das neue Schwarze ist klein

Roboter-Forscher finden ihre Vorliebe für Miniaturroboter. Diese Mini- und Mikro-Kleinen können sich eines Tage durch unseren Organismus ziehen und Medikamente abgeben. In großen Flugschwärmen konnten sie vergrabene Personen erkennen oder für Menschen oder große Roboter schwierig zugängliche Stellen aufzeichnen. Dieser Roboter kann wunderbar mitspielen! Die Wenqi Hu stellt sie in einer leeren Petri-Schale dar, bis auf diesen kleinen Teller, der regungslos auf dem Untergrund aufliegt.

Der in der Zeitschrift "Nature" vorgestellte Roboter ist nur die Spitze einer heranwachsenden Bewegung: Mehr und mehr Wissenschaftler arbeiten an kleinen Roboter. Er ist keineswegs einer der winzigsten Roboter, die es gibt. Revolutionär an der jüngsten Entwicklung des MPI ist sein Transportmittel, erläutert Metin Sitti, Leiter des Department of Physical Intelligence.

"Der Gedanke, einen Roboter zu konstruieren, der sehr klein und sanft ist, ist etwas Neues. Die Kunst ist die Veränderung der Form. Natürlich reicht es nicht aus, den Roboter manuell zu steuern, indem man einen Magnet um ihn herum bewegt. Er stellt die Schale mit dem kleinen Roboter in die Bildmitte - dieses Mal verschließt er sie mit einem Zierdeckel.

In der nächsten Szene kriecht er wie eine Gleiskette, und wenn Hu die Petri-Schale gegen ein mit frischem Trinkwasser befülltes Gefäss tauscht und ein anderes Startprogramm anfängt, schlägt der Roboter mit seinen beiden Seiten wie ein Kolibri mit seinen Schwingen - und schwebt so vom Erdboden zur Wasserfläche.

Der Roboter hat sieben Bewegungsmodi: Je nach Bedarf bewegt er sich wie Laufkäfer, Kettenraupen oder Qualle. Er kann eine bestimmte Medikamentenmenge befördern, entweder in einer kleinen Tüte, die sich durch eine zielgerichtete Veränderung der Form am Target öffnen lässt, oder indem er das Medikament aufnimmt und sich wie ein Schwämmchen am Target auswringst.

Sie wird mit einer sehr dünnen Kanüle gespritzt, die das Öhr kaum schädigt - immerhin ist sie nur ein Drittelmillimeter dünn und fast zwei Millimeter lang. "Das ist der grösste Roboter, den wir bauen", fährt Nelson fort. In der Regel funktioniert er auf einer Skala 1000 mal kleiner, was von großem Nutzen ist, denn je kleiner der zu verfahrende Roboter, desto weniger Magnetkraft wird benötigt.

Das beweist Nelson mit Hilfe eines Roboters, der sich mit seiner Heckflosse in Normalgröße vorwärts bewegt. In der Robotik ist die Wissenschaft ein populäres Modell, weil die Entwicklung sehr angepasste und leistungsfähige Fortbewegungsmethoden hervorbringt - aber Nelsons Beispiel macht deutlich, dass dies nur gelingt, wenn man sich an den Maßstab hält. 2.

Flächeneffekte sind bei winzigen Robotern viel wichtiger - sie werden relativ stabiler und können den Roboter lahmlegen. Die Nanorobotik orientiert sich deshalb an kleineren natürlichen Gebilden, bei ETH-Forschern an Bakterien wie dem Bakterium E. coli. Denn hier sind unerwünschte Wirkungen sehr wichtig, die durch eine gezieltere Wirkstoffabgabe reduziert werden können.

Im Jahr 2014 spritzte er einen ganzen Haufen von 80.000 solchen Robotern in den Bauch einer Mäusefamilie. Bisher reichte es für einen Guinness-Buch der Rekorde, 2012 für den kleinen Medizinroboter. Aber es wird noch einige Jahre dauern, bis Roboter durch unseren Organismus hindurch schwimmt und Drogen verteilt.

Auch Sitti hat seinen jüngsten Roboter nur durch ein Hühnerfleischstück geführt und es mit Hilfe von Ultraschallen betrachtet - aber mit großem erfolg, wie er hervorhebt. Die ersten medizinischen Pilotuntersuchungen im Menschen werden nach seiner Einschätzung in etwa zehn Jahren anlaufen.

Im nächsten Arbeitsschritt werden die Roboter aus bioabbaubarem Werkstoff so konstruiert, dass sie keinen Schaden erlitten haben. Wie bei Sitti verwendet der Roboter, zunächst in einer verschluckbaren Hülle gefaltet, unter anderem seine eigene Umrisse. Wenn sich die Hülle im Organismus auflöst, entwickelt sich der Origami-Roboter, wie die Wissenschaftler ihn nannten.

Außerdem befördert der Roboter einen kleinen Magnet, mit dem er von aussen angesteuert wird - immer in einer Drehbewegung, die ihn je nach Drehfrequenz allein oder um einen seiner feststehenden Füsse mitdreht. Aber auch hier kommt ein Modell aus der Tierwelt ins Spiel: Da der Mensch auch viel Flüssigkeit in sich trägt, unterstützt ein Flossentrieb wie der eines Fischs auch den kleinen Roboter.

"Es hat schon in der Petri-Schale funktioniert", sagt Schmidt. Er sieht darin auch die wichtigste Anwendung: "Eine wirksame Krebsbehandlung mit Kleinstmotoren könnte in den nächsten Jahren eine große Bedeutung haben. Denn diesen Samenzellen fehlen "nur" der Antrieb. Bei einem Experiment, auch in der Petri-Schale, liess er Rindersperma von einem sogenannten "Spermbot" fangen, der sie zur Eiablage abtransportierte.

Der Roboter hat das selbe Antriebssystem wie Nelsons Team: eine Helix, die von aussen durch einen Magneten gedreht wird und so für Vorschub gesorgt hat. Die größte Herausforderung bei diesen kleinen Roboter - Schmidt bearbeitet Konstruktionen von wenigen bis mehreren hundert Mikrometer Durchmesser - besteht darin, ihre Bewegung im Körper in Realzeit und sehr genau nachzubilden.

Denn sie können nur von aussen gesteuert werden, wenn immer deutlich ist, wo sie sich befinden. Auch Schmidt hat einen Guinness-Weltrekord: 2011 für das kleinste künstliche Strahltriebwerk (600 nm Durchmesser). Eines der Konzepte, in dem viele dieser Konzepte durchgängig angewendet werden, sind die "robo-bees", die Wissenschaftler der Harvard University im Rahmen von "Science Robotics" im Okt. 2017 vorstellten:

Auch von der freien Wildbahn gab es hier nichts zu sehen, denn die Tiere kriechen aus dem Meer und lassen ihre Schwingen austrocknen - aber so lange wollte Chen nicht warten: "Wir sehen, was die freie Wildbahn tun kann und wollen heraus. "Nachdem es zunächst fast nicht möglich war, die Roboterbiene durch die Wasserfläche zu bringen, kamen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Idee, eine Sprengung einzusetzen - und benutzten das anfallende Bienenwasser selbst.

Wenn die Roboterbiene an die Wasseroberfläche schwebt, wandelt eine Elektrolytplatte in einer kleinen Zelle im Roboter zunächst einmal in Knallgas um, was den Luftauftrieb anhebt. "Dort wird die OberflÃ?chenspannung genutzt, um den Roboter zu stabilisieren", erklÃ?rt Chen. "Es wird in zwei Jahren autonom Flugroboter mit ihren Batterien sein.

"Der nächste Schritt besteht darin, gemeinschaftliche Schwärme von Roboter zu bauen, die dann zum Beispiel bei Such- und Rettungseinsätzen in zusammengebrochenen Häusern die Überlebenden finden und eine Landkarte des Ortes ausarbeiten. Anders als die magnetbetätigten Medizinroboter hat die Robo-Biene ihre eigenen Motoren: Ansonsten können die kleinen Roboter aber wenig tun, was man von einem Roboter klassisch nur erhofft.

Muss man seine Vorstellung von Roboter umdenken? Wiegend ist der Mann vom Stuttgartischen Institut für Physik Wenqi Hu und sagt "gute Frage" - ohne die Magnetsteuerung ist sein Roboter nichts anderes als eine winzige weiche Kunststoffplatte. "Sie müssen sich das ganze Bild ansehen", schließt er. Es muss nicht jeder Roboter wissen, was alle anderen tun.