Magnetspray macht beliebige Gegenstände zu kleinen Robotern

Autor / Redakteur: Stefan Parsch, dpa / Sebastian Gerstl

Laufen, Rollen oder Robben – ein einfaches Spray versetzt unbewegliche Gegenstände in Bewegung. Die Anwendungsmöglichkeiten sind zahlreich.

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Mit einem Magnetspray sind Forscher in der Lage, kleinste Objekte zu beweglichen Robotern zu machen.
Mit einem Magnetspray sind Forscher in der Lage, kleinste Objekte zu beweglichen Robotern zu machen.
(Bild: City University of Hong Kong)

Ein Magnetspray verwandelt leblose Gegenstände in Mini-Roboter, die in einem Magnetfeld bewegt werden können. Der dünne Film verändert die Form und die Struktur des Gegenstands nicht, lässt ihn aber gehen, robben oder rollen, berichten Wissenschaftler im Fachjournal Science Robotics. Die Forschergruppe um Yajing Shen von der City University of Hongkong in Hongkong (China) hatte auch medizinische Anwendungen der magnetischen Roboter erprobt, wie das Bewegen eines Katheters oder die zielgenaue Medikamentenlieferung im Körper.

Das Spray besteht aus einer Polyvinyl-Alkohol-Lösung mit magnetischen Partikeln und Gluten. Vor allem das Gluten sorgt für eine gute Haftung auf den besprühten Gegenständen. Um die Haftkraft zu untersuchen, klebten die Forscher zwei Papierbänder mit dem Magnetspray aneinander. Beim Versuch, sie wieder voneinander zu lösen, maßen sie eine höhere Haftkraft als bei doppelseitigem Klebeband. Da der Sprayfilm aber nur 0,1 bis 0,25 Millimeter dick ist, bleibt die Größe des magnetisierten Gegenstands nahezu erhalten.

Andererseits sorgt der Magnetfilm für eine hohe Beweglichkeit: „Der gestaltete Roboter weist eine hohe Arbeitseffizienz und Ladefähigkeit auf, die das Tausendfache seines eigenen Volumens und das Hundertfache seines Eigengewichts erreichen kann“, schreiben die Forscher.

Die Art der Bewegung hängt dabei auch von der Handhabung des Magneten ab. Ein im Origami-Stil gefaltetes Papiertier mit Magnetsprayfeldern auf der Oberfläche beginnt zu laufen, wenn der Magnet O-förmig bewegt wird.

Besonders für medizinische Anwendungen interessant

Nachdem sie die allgemeinen Eigenschaften des Magnetsprays ausgetestet hatten, untersuchten die Forscher insbesondere die Möglichkeiten für medizinische Anwendungen. „Alle Bestandteile des Magnetsprays, nämlich Polyvinyl-Alkohol, Gluten und Eisenpartikel, sind biokompatibel; die zerfallene Beschichtung kann vom menschlichen Körper absorbiert oder ausgeschieden werden“, wird Shen in einer Mitteilung seiner Universität zitiert.

Die Forscher besprühten die Spitze eines Katheters mit dem Magnetspray und waren anschließend in der Lage, den Katheter mit Magnetkraft um enge Kurven (etwa eines Blutgefäßes) zu lenken. In einem weiteren Experiment schnitten sie eine Medikamentenkapsel in zwei Hälften und klebten sie mit dem Magnetspray zusammen. In Versuchen mit Kaninchen lenkten die Wissenschaftler die Kapsel magnetisch an einen vorgesehenen Ort. Durch ein schwingendes Magnetfeld mit sehr geringen Frequenzen (0 bis 3 Hertz) sorgten sie dafür, dass sich das Magnetspray innerhalb weniger Minuten in seine Bestandteile auflöste. Dadurch sickerte der Wirkstoff aus der Kapsel.

Gezielte Lenkung möglich

Die Milliroboter können über eine spezielle Hautkapsel verarbreicht werden. Wurden die Roboter zuvor nach einem Origami-Vorbild gefaltet, ist auch innerhalb des ex-vivo-Tiermodells eine exate Steuerung und Bewegung des Robots möglich.
Die Milliroboter können über eine spezielle Hautkapsel verarbreicht werden. Wurden die Roboter zuvor nach einem Origami-Vorbild gefaltet, ist auch innerhalb des ex-vivo-Tiermodells eine exate Steuerung und Bewegung des Robots möglich.
(Bild: City University of Hong Kong/dpa)

Eine weitere Besonderheit des Magnetspray ist es, dass es magnetisch neu ausgerichtet werden kann. Nach dem Härten sind die Magnetpartikel mit ihrer Ausrichtung fest eingebunden. Eine Bewässerung führt dazu, dass der Polyvinyl-Alkohol anschwillt und die Partikel wieder beweglich werden. Mit einem starken Magnetfeld (Flussdichte 200 Millitesla) können die Partikel nun neu ausgerichtet werden - der Roboter wird dadurch umprogrammiert. Mit einem deutlich schwächeren Magnetfeld (50 Millitesla) wird der Roboter dann bewegt.

In einem Kommentar, ebenfalls in Science Robotics, heben Jiaobing Tu und Wei Gao vom California Institute of Technology, Pasadena (Kalifornien, USA) die Besonderheit der Methode der chinesischen Forscher hervor: „Ihr Ansatz macht Objekte mit nützlichen makroskopischen Eigenschaften durch mikroskopische Strukturveränderung möglich, während die dazugehörenden strukturellen und mechanischen Eigenschaften des ursprünglichen Objekts erhalten bleiben.“ Es sei eine vielseitige Strategie, um Roboter mit verschiedenen Dimensionen und Strukturen herzustellen.

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