3D-gedruckte Mikroroboter versprechen Arzneimittelabgabe

Forscher von Georgia Tech haben gezeigt, dass Roboter von der Größe eines Staubpartikels zu einer präzisen bidirektionalen Steuerung fähig sind. Durch die Nutzung der Kraft eines Magnetfelds, das von einer einzelnen elektromagnetischen Spule erzeugt wird, sind die mobilen Mikroroboter die kleinsten ihrer Art.

„Es gibt schwimmende Mikroroboter, die sich in einer Flüssigkeit mit ähnlicher Größe bewegen, aber dies sind die kleinsten ‚laufenden‘ Roboter, die sich auf einer festen Oberfläche bewegen“, sagte Azadeh Ansari, Sutterfield Family Early Career Assistant Professor an der Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering .

Die Georgia Tech-Studie wurde kürzlich im Journal of Micro-Bio Robotics. veröffentlicht Derzeit verlassen sich die meisten magnetisch betätigten Mikrobot-Systeme auf das Hinzufügen mehrerer Elektromagnete, um eine vollständige Kontrolle zu ermöglichen, was zu einem höheren Stromverbrauch und weniger flexiblen Setups führt. Laut Ansari ist es eine erhebliche Hürde zu demonstrieren, dass ein Single-Coil-Setup für eine präzise bidirektionale Bewegungssteuerung ausreicht. Da die Mikrobots jetzt viel einfacher zu bedienen sind, konnte das Team Mikromanipulationsfähigkeiten demonstrieren.

„Mit dem, was wir gezeigt haben, können wir uns bereits vorstellen, die Mikrobots in einer Laborumgebung anzuwenden“, sagte Ansari. „Sie könnten Hunderte von Robotern auf demselben Substrat haben, die ähnlich wie Ameisen in einer Kolonie arbeiten.“

Im Frühjahr 2019 stellte Ansaris Team größere (zwei Millimeter lange) „Mikroborsten-Bots“ vor, die sich bewegen konnten, indem sie Vibrationen nutzten. Aufgrund ihres aktualisierten „Rocker“-Designs sind keine Vibrationen mehr erforderlich, um die Mikro-Bots zu bewegen – daher Mikro-Rocker-Bots. Das neue Design ermöglicht es den Bots, sich zu bewegen, indem sie eine Stick-Slip-Bewegung mit einem Magnetfeld außerhalb der Ebene ausführen.

Die Stick-Slip-Bewegung bezieht sich im Wesentlichen auf die beiden Zustände des Roboters; eine, wenn sich der Roboter in einer fixierten/stationären Position auf der Oberfläche befindet, und die andere, wenn der Roboter leicht in eine Richtung „rutscht“ und eine Nettobewegung erreicht, so Ph.D. Schüler Toni Wang. Wenn das Magnetfeld eingeschaltet wird, steigt der Roboter im Wesentlichen und fällt dann. Diese Bewegung ermöglicht genügend kinetische Energie, damit sich der Roboter bewegen kann.

Ebenso wichtig wie das Wippendesign demonstriert das Papier die neuartige Verwendung eines Wellenform-Offsets zur Vorspannung der Richtung der Bewegungsbahn des Roboters. Das Vorzeichen des Magnetfeldversatzes (positiv oder negativ) sowie der Winkel der Wippe zur Oberfläche bestimmen die Richtung, in die sich die Mikrobots bewegen. In Kombination machen das Wippendesign und der magnetische Versatz die Mikrobots zu gut kontrollierten und vor allem wählbaren Bewegungen. Die Beschleunigung und Verzögerung der Micro-Rocker-Bots kann außerdem durch Ändern der Frequenz des Magnetfelds gesteuert werden.

Die 100 Mikrometer langen Mikrobots wurden mittels Zwei-Photonen-Lithographie in 3D auf ein Glassubstrat gedruckt und anschließend mit einer dünnen Nickelschicht beschichtet, die als Reaktion auf externe Magnetfelder als halbharter Magnet wirkt. Für viele Laboranwendungen können die Roboter direkt auf das Substrat gedruckt werden, das unter das Mikroskop kommt, aber sie können auch mit einer Mikropipette gedruckt und transportiert werden.

„Es gibt viele Bereiche, in denen die Mikroroboter innerhalb des aktuellen 2D-Unter-dem-Mikroskop-Prozesses, den wir bisher etabliert haben, angewendet werden können“, sagte Ansari. „Aber es gibt auch eine Zukunft, in der sie in lebende Organismen injiziert werden können, um Medikamente zu verabreichen oder Verletzungen zu heilen.“

Weitere Informationen erhalten Sie von Georgia Parmelee, Georgia Institute of Technology unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.; 404-281-7818.