Faszination Technik Magnetischer Roboter verändert seine Form in Echtzeit

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: wie ein Matroschka-ähnlicher Soft-Roboter beispiellose Formveränderungsfähigkeiten erreicht.

In einer aktuellen Studie stellen Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart eine Methode vor, mit der sie einen Stapel kleiner, biegsamer und magnetischer Röhren in Echtzeit und an Ort und Stelle umprogrammieren können. Durch die Neuanordnung und Neukombination der Magneteinheiten jedes Röhrchens kann der Matroschka-ähnliche Roboter beispiellose Formveränderungsfähigkeiten erreichen, was neue Möglichkeiten für weiche Roboter eröffnet. Solche Soft-Roboter könnten für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, darunter auch in der Medizin.

Bislang waren die Magnetisierungsprofile magnetischer Roboter in der Regel fest vorgegeben. Einem externen Magnetfeld ausgesetzt, ließen sie sich nur schwer in Echtzeit und an Ort und Stelle verändern. Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) stellen in einer Forschungsarbeit eine neue Methode vor, wie sie die Magnetisierung der kleinen Roboter neu ausrichten können. Die Wissenschaftler können so die Form schnell an die jeweilige Gegebenheit anpassen, was die Komplexität solcher Roboter drastisch erweitert.

• Unter der Leitung von Prof. Dr. Metin Sitti, ehemals Direktor der Abteilung für Physische Intelligenz am MPI-IS und nun Präsident der Koç-Universität in Istanbul, stapelte das Team mehrere Röhrchen wie Matroschka-Puppen ineinander.

• Wie in Abbildung 1A zu sehen, ist Röhrchen C in Röhrchen B und dieses wiederum in Röhrchen A eingebettet.

• Jedes enthält eine oder mehrere magnetische Einheiten, und das Magnetisierungsprofil jeder magnetischen Einheit kann nach Bedarf vorprogrammiert werden (Abbildung 1B).

• Wenn die Art und Weise, wie die Röhrchen gestapelt sind, verändert wird – sie werden auseinandergezogen oder näher zusammengerückt –, ändert sich die relative Position der magnetischen Einheiten und damit das gesamte Magnetisierungsprofil des gesamten Schlauchstapels Abbildung 1C).

Formwechsel in Echtzeit

Eine solche Echtzeit-Formgebung und -Umwandlung an Ort und Stelle war bei bisherigen magnetischen Soft-Robotern nicht möglich. Jetzt jedoch kann bei konstantem Magnetfeld ein eben noch gerades Röhrchen zum Beispiel in eine Helix (Abbildung 1D) oder in die entgegengesetzte Richtung verformt werden (Abbildung 1E). Darüber hinaus lässt sich dieser Ansatz auf zwei- und dreidimensionale Konstruktionen ausweiten, sodass ein Wechsel von einer Form in die andere in Echtzeit ohne Änderung des Magnetfelds möglich wird (Abbildungen 1F und 1G).

Da der Schwerpunkt an Max-Planck-Instituten in erster Linie auf Neugier getriebener Grundlagenforschung liegt, hat das Team auch untersucht, wie diese Methode in verschiedenen Szenarien angewendet werden könnte, beispielsweise beim Umfahren von Objekten ohne Kontakt, der Neuprogrammierung von Flimmerhärchen- oder Zilien-ähnlichen Kleinstrobotern oder der koordinierten Zusammenarbeit mehrerer Instrumente unter demselben Magnetfeld.

Einsatz in der Medizin denkbar

Die Forschung der Wissenschaftler könnte eines Tages jedoch auch praktische Anwendung finden. Beispielsweise in der Medizin – insbesondere bei der minimalinvasiven, bildgesteuerten Behandlung von Gefäßerkrankungen. Bei diesem Eingriff führen Ärzte einen Katheter und einen Führungsdraht durch die Blutgefäße zur Zielstelle, um dort eine Diagnose zu stellen oder eine Therapie durchzuführen. Da der Katheter durch gekrümmte Gefäße navigiert, sind Reibung und Kontakt mit der Gefäßwand unvermeidlich. Dies kann zu Schäden führen, die Genesung verzögern und in schweren Fällen medizinische Komplikationen zur Folge haben. Insbesondere ältere Patientinnen und Patienten entscheiden sich oft gegen solche Eingriffe und bevorzugen stattdessen Medikamente.

Die neue Technologie bietet eine Alternative: Durch die Anpassung des Magnetisierungsprofils des Katheters in Echtzeit an den vor ihm liegenden Weg könnten Reibung und Kontakt erheblich reduziert oder sogar ganz vermieden werden. Dies würde Schäden an empfindlichem Gewebe minimieren, eine schnellere Genesung fördern und vaskuläre Eingriffe zu einer praktikablen Option für Menschen machen, die aufgrund ihres Alters oder der Fragilität ihrer Gefäße sonst von diesen Verfahren absähen.

Die Ergebnisse des Teams wurden am 11. September 2025 im Fachjournal Nature veröffentlicht.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal konstruktionspraxis erschienen.

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