Home Forschung & Bildung MIT’s 3D-gedruckte Magnet-Strukturen könnten Anwendung in Biomedizin finden

MIT’s 3D-gedruckte Magnet-Strukturen könnten Anwendung in Biomedizin finden

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwarfen und 3D-druckten weiche sowie mechanische “Lebewesen”, welche sich anhand von Magnetwellen fortbewegen. Diese können Bewegungen wie springen, kriechen, rollen und sogar fangen spielen ausführen.

Diese mechanischen “Lebewesen” sind im Grunde genommen magnetisch manipulierte Strukturen. Zu diesen zählt ein glatter Ring, welcher sich zusammenfalten kann, ein langes, sich zusammenklappendes Rohr, ein selbstfaltendes Blatt sowie ein spinnenartiger “Grabscher”, welcher kriechen kann.

Jede dieser Strukturen wurde aus einer neuartigen 3D-druckbaren Tinte hergestellt. Um dem gewünschten Effekt zu erzielen, infundierten die Forscher winzige magnetische Partikel in diese Tinte. Um diese Partikel kontrollieren zu können und ihnen eine bestimmte Ausrichtung vorzugeben, wurde ein Elektromagnet an die Düse den 3D-Drucker angebracht.

Da die Forscher nun die magnetische Orientierung einzelner Abschnitte steuern konnten, war es ihnen so möglich die gewünschten beweglichen Strukturen zu erzeugen. Bewegen können sich diese komplexen Formationen, indem sie auf ein externes Magnetfeld treffen und darauf reagieren.

Nach Aussage von Xuanhe Zhao, Professor für Karriereentwicklung am Noyce-Institut für Maschinenbau und Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften des MIT, könnte diese Technik künftig auch genutzt werden, um magnetisch gesteuerte, biomedizinische Geräte herzustellen:

“Zum Beispiel könnten wir eine Struktur um ein Blutgefäß legen, um das Pumpen von Blut zu steuern, oder einen Magneten verwenden, um ein Gerät durch den GI-Trakt zu führen, um Bilder aufzunehmen, Gewebeproben zu extrahieren, eine Blockierung zu beseitigen oder bestimmte Medikamente an einem bestimmten Ort zu verabreichen. Sie können entwerfen, simulieren und dann einfach drucken, um verschiedene Funktionen zu erreichen.”

© Felice Frankel

Die magnetischen Strukturen des MIT zählen zur Gruppe der “sanft betätigten Geräte”. Dies bezeichnet beispielsweise Hydrogelvorrichtungen die an- oder abschwellen, sobald sich Temperatur oder PH-Wert ändern. Ein weiteres Beispiel für diese Gruppe sind Formgedächtnispolymere und Flüssigkristallelastomere, welche sich bei ausreichend Licht oder Wärme verformen. Der Nachteil dieser sanft betätigten Vorrichtungen ist jedoch die Tatsache, dass diese oft lehr langsam reagieren und eine Formveränderungen bis zu einigen Stunden dauern kann. Im Gegensatz dazu dauert die Bewegung von 3D-gedruckten Magnet-Strukturen nur wenige Sekunden.

“Es gibt keinen idealen Kandidaten für einen weichen Roboter, der in einem geschlossenen Raum wie einem menschlichen Körper arbeiten kann, in dem Sie bestimmte Aufgaben ungebunden ausführen möchten”, sagt Kim. “Deshalb denken wir, dass es in dieser Idee der magnetischen Betätigung sehr vielversprechend ist, denn es ist schnell, kraftvoll, körperfreundlich und kann ferngesteuert werden.”

Die Ausrichtung der magnetischen Partikel ist jedoch nicht gleichbleibend in einer Struktur. Die MIT-Forscher konstruierten diese Strukturen so, dass einzelne Abschnitte mit einer ausgeprägteren Orientierung magnetischer Partikel ausgestattet wurden. So stellen die Forscher sicher, dass sich jeder Abschnitt auf eigene, bestimmte Art und Weise bewegen. Die verschiedenen Ausrichtungen der magnetischen Partikel konnten erzielt werden, indem die Richtung des Elektromagneten an der Düse während des 3D-Druckers geändert wurde.

“Die Menschen können ihre eigenen Strukturen und Domänenmuster entwerfen, sie mit dem Modell validieren und ausdrucken, um verschiedene Funktionen zu aktivieren”, sagt Zhao. “Durch die Programmierung komplexer Informationen über Struktur, Domäne und Magnetfeld können sogar intelligente Maschinen wie Roboter gedruckt werden.”

Magnetic shape-shifters
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