ETH Zürich 10.11.2021, 07:00 Uhr

Seesternlarve als Inspiration für Mikroroboter

Forschende an der ETH Zürich haben einen winzigen Roboter entwickelt, der die Bewegungsmuster einer Seesternlarve nachahmt. Er wird mit Schallwellen angetrieben und ist mit Härchen bestückt. Künftig könnten solche Mikroschwimmer Medikamente zu kranken Zellen bringen.
Ein einer Seesternlarve nachempfundener Mikroroboter wirbelt Plastikkügelchen umher
(Quelle: Cornel Dillinger/ETH Zürich)
Weltweit tüfteln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an winzigen Maschinen, welche die Medizin revolutionieren sollen. Denn die Mikroroboter, oft nur ein Bruchteil des Durchmessers eines Haares gross, können medizinische Wirkstoffe zu spezifischen Problemstellen im Körper bringen und kleinste chirurgische Eingriffe durchführen. Angetrieben und gelenkt werden die Miniaturmaschinen mit externer Energie, meist durch akustische oder magnetische Felder.
Bei der Form der Schwimmkörper lassen sich Forschende oft von Mikrolebewesen wie Bakterien oder Algen inspirieren. Eine Forschungsgruppe an der ETH Zürich hat nun erstmals einen Mikroroboter entwickelt, der die Schwimm-​ und Fresstechnik einer Seesternlarve nachahmt.

Mit Härchen Flüssigkeit wegstossen oder ansaugen

Je nach dem, ob sie schwimmt oder frisst, erzeugt die Seesternlarve unterschiedliche Wirbel
Quelle: Prakash Lab/Stanford University
Auf den ersten Blick ist die Ähnlichkeit zwischen Mikroroboter und Seesternlarve gering. Die wenige Millimeter grosse Larve des fünfarmigen Meerestieres hat einen lappigen Körper. Der Mikroroboter ist hingegen ein einfaches Rechteck und rund zehnmal kleiner – er misst nur einen Viertel Millimeter. Ein wichtiges Merkmal ist jedoch beiden gemein: die feinen, beweglichen Härchen auf der Körperoberfläche, sogenannte Cilien.
Die Seesternlarve ist übersät mit Hundertausenden solcher Härchen. Angeordnet in Reihen schlagen sie im Meerwasser koordiniert hin und her und erzeugen dabei Wirbel. Forschende haben vor einigen Jahren gezeigt, dass das Tier die komplexen Strömungsmuster wechselweise als Schwimmantrieb oder zum Ansaugen von Nahrungspartikeln nutzt.
Um vom Fressmodus in den Schwimmmodus zu wechseln, verändert die Seesternlarve unter anderem die Orientierung der Härchenreihen zueinander. So kreieren zwei einander zugeneigte Reihen einen Wirbel mit Schubwirkung, mit dem sich die Larve im Wasser vorwärtsbewegt. Sind die Härchenreihen hingegen in entgegengesetzte Richtung orientiert, entsteht ein Wirbel, der Flüssigkeit und darin enthaltene Nahrungspartikel ansaugt.

Autor(in) Rahel Künzler, ETH-News



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