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Origami-Roboter Schluckbarer Medizinbot entfernt Fremdkörper aus dem Magen

| Autor / Redakteur: Sebastian Gerstl / Matthias Back

Medizintechniker haben einen Miniatur-Roboter entwickelt, der nach Origami-Technik gefaltet und in Pillenform geschluckt werden kann. Einmal im Magen angelangt und aufgefaltet, kann der Bot an der Magenwand entlanggesteuert werden, um Fremdkörper zu beseitigen oder Verletzungen gezielt zu versorgen.

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Der "Origami"-Roboter in Pillenform (links) und entfaltet: Techniker des MIT haben einen Miniroboter entwickelt, der ohne Operation in einen menschlichen Magen eingesetzt werden kann, um dort Fremdkörper zu beseitigen.
Der "Origami"-Roboter in Pillenform (links) und entfaltet: Techniker des MIT haben einen Miniroboter entwickelt, der ohne Operation in einen menschlichen Magen eingesetzt werden kann, um dort Fremdkörper zu beseitigen.
(Bild: Melanie Gonick/MIT)

In Experimenten mit Nachbildungen einer menschlichen Speiseröhre und eines Magens haben ein Team aus Forschern des MIT, der Universität Sheffield und des Tokyo Institute of Technology ihren sogenannten Origami-Roboter demonstriert. Der Kleinbot kann zusammengefaltet, in Eis eingefroren und in einer löslichen Kapsel untergebracht werden. Die Idee ist, das ein Patient diese wie eine Vitaminpille schluckt. Sobald sich Hülle und Eis im Magen lösen, entfaltet sich der Roboter und kann mittels magnetischer Felder gesteuert werden.

„Es ist überaus spannend zu sehen, wie unsere Origamiroboter Dinge von potentiell wichtiger Bedeutung für das Gesundheitswesen verrichten,“ sagt Daniela Rus, Leiterin des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) am MIT und Angehörige des Forschungsteams. „Für Anwendungen im Inneren des Körpers brauchen wir kleine, kontrollierbare und unverkabelte robotische Systeme. Es ist überaus schwierig, einen Roboter innerhalb eines Körpers zu kontrollieren und zu platzieren, wenn er an ein Kabel gebunden ist.“

Rus' Forschungsgruppe arbeitet schon seit mehreren Jahren an kompakten, faltbaren Robotern. Das zieharmonika-artige Design des demonstrierten Modells wurde im Zuge dieser Forschungen konzipiert. Der Roboter bewegt sich in einer sogenannten „Stick-Slip"-Methode fort: Kleinste Fortsätze „kleben“ an der Magenwand, um dem Bot die nötige Bodenhaftung zu geben, um anschließend weiter „rutschen“ zu können, sobald der Roboter sein Gewicht verlagert. Das Prinzip ist in etwa mit Schnecken oder Raupen vergleichbar.

Da sich der Roboter in einem Magen allerdings durch Flüssigkeiten bewegen muss, verwendet er zur Fortbewegung nicht ausschließlich auf diese Methodik. Der Roboter ist in der Lage, Wasser auzunehmen und auszustoßen, um so vorwärtszutreiben. Hierzu wurden auch eine Art Flossen in das Design des Origami-Roboters eingearbeitet. Laut Rus stützt sich der Robot bei der Bewegung etwa zu 20% auf die so erzeugte Schubkraft und zu 80% auf „stick-slip“.

Der Origami-Bot entfernt eine Knopfzellenbatterie aus einem simulierten Magen: Laut Angaben des MIT werden jährlich 3500 Fälle gemeldet, in denen Personen solche Kleinbatterien verschlucken. Oft müssen diese anschließend operativ entfernt werden.
Der Origami-Bot entfernt eine Knopfzellenbatterie aus einem simulierten Magen: Laut Angaben des MIT werden jährlich 3500 Fälle gemeldet, in denen Personen solche Kleinbatterien verschlucken. Oft müssen diese anschließend operativ entfernt werden.
(Bild: MIT / YouTube)

Im Zentrum der vordersten Falte befindet sich zudem ein Dauermagnet, der auf sich wechselnde elektrische Felder außerhalb des Körpers reagiert. Diese steuern die Bewegungen des Roboters. In erster Linie wirken Rotationskräfte auf das Gerät: Bei einer schnellen Rotation dreht er sich auf der Stelle, bei langsamerer Rotation dreht er sich um einen seiner festen Fortsätze.

In einer Demonstration zeigten die Wissenschaftler, wie der so konzipierte Roboter sich in einem menschenähnlichen Schweinemagen fortbewegt und dort zu einem Fremdkörper – im vorliegenden Fall eine Knopfzellenbatterie – gesteuert wird, um diesen zu entfernen. Alleine in den USA werden nach Angabe des MIT alljährlich etwa 3500 solcher Batterien verschluckt, die oft schwere Verletzungen an der Magenwand wie Ätzungen oder Verbrennungen hervorrufen. Die Miniaturroboter könnten gezielt genutzt werden, um solche Fremdkörper ohne aufwändige Operation zu entfernen oder entsprechende Wunden gezielt zu versorgen. Die Forscher hoffen, die Technologie dahingehend zu verfeinern, um mit Heilfe der Origami-Roboter auch Operationen im Inneren des Körpers durchführen zu können.

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke elektronikpraxis.

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