Medienmitteilung
SNF: Bild des Monats April 2006: Entdeckungsfreudige Roboter
2006-04-27T09:00:00
Bern (ots) - Bild und Text unter:
http://www.presseportal.ch/de/galerie.htx?type=obs Drosophila beflügelt die Mikrorobotik Traditionelle Forschungsroboter erschliessen heute routinemässig
dem Menschen nicht zugängliche Gebiete. Mit Unterstützung des
Schweizerischen Nationalfonds wenden Forschende des Instituts für
Robotik und Intelligente Systeme der ETH Zürich dieselbe Strategie
auch auf der mikroskopischen Ebene an. Sie erforschen den Flug der
Taufliege Drosophila und hoffen, mit Hilfe ihrer Erkenntnisse
kleine, fliegende Roboter entwickeln zu können. Auch die Medizin
könnte von diesem Forschungsgebiet profitieren. Sie ist klein, widerstandsfähig, vollkommen autonom und selbst-
reproduzierend. Die Schwarzbäuchige Taufliege (Drosophila
melanogaster) wird schon seit fast einem Jahrhundert von Biologen
und Genetikern erforscht, weil sie nur gerade vier Chromosomen
besitzt, eine rasche Generationsfolge aufweist, und viele
Genmutationen zeigt. Doch obschon Drosophila ein verhältnismässig
einfacher Organismus ist, verfügt das auch als Fruchtfliege
bezeichnete Insekt über ein hoch entwickeltes Flugkontrollsystem.
Trotz seiner geringen Körperlänge von nur drei Millimetern vermag
der Winzling nämlich sowohl stabil zu fliegen als auch
ausserordentlich schnelle und präzise Wendemanöver in der Luft
durchzuführen. Die Beantwortung der Frage, wie Drosophila das genau macht,
könnte wesentlich zum Verständnis der hochkomplexen
Verhaltensweisen biologischer Systeme beitragen. Forschende um
Bradley Nelson vom Institut für Robotik und Intelligente Systeme
(IRIS) der ETH Zürich haben deshalb mit Unterstützung des
Schweizerischen Nationalfonds Mikrosensoren entwickelt, die im
Stande sind, die beim flirrenden Muskelspiel der Taufliege
erzeugten Trägheitskräfte zu messen. Zu verstehen, welche Kräfte auf einzelne Körper- oder Bauteile
einwirken, gehört zu den grössten Herausforderungen in der
Mikrorobotik, erklärt Bradley Nelson. Bei Drosophila sind nur 18
Kontrollmuskeln für die Feinabstimmung der Flügelbewegungen beim
Manövrieren verantwortlich. Mit Hilfe von sogenannten MEMS-
Kraftsensoren (Micro-Electro-Mechanical System) sind die ETH-
Forscher nun in der Lage, die beim Flug der Fruchtfliege
auftretenden Kräfte in mehr als einer Dimension präzise und in
Echtzeit zu messen. Bis zu 12000 mal pro Sekunde messen die
winzigen Sensoren, die wie zwei ineinander verzahnte Kämme
aufgebaut sind, die Kraftentwicklung von Drosophila. Parallel dazu
werden die Testfliegen mit einer in der Schweiz
entwickelten,neuartigen Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt. Erstmals wurden dadurch Aerodynamik und Trägheitskräfte von
Fruchtfliegen im Flug gleichzeitig erfasst. Ziel der Forschung ist
letztlich die Entschlüsselung des Zusammenspiels zwischen jedem
Flügelschlag und den für die Flugkontrolle zuständigen Teilen des
Gehirns der Fliegen. Die Auswertung der ermittelten Daten könnte
für die Entwicklung flugfähiger Kleinstroboter von grosser
Bedeutung sein. Einsatz im menschlichen Körper
Die zielgerichtet steuerbaren Mikroroboter der Zukunft, die am IRIS
geplant werden, sollen sich allerdings nicht nur in die Luft
erheben können. Die Forschenden entwickeln zur Zeit auch den
Prototyp einer winzigen Sonde, die für den Einsatz im menschlichen
Körper optimiert wurde. Der von blossem Auge kaum noch erkennbare, steuerbare
Mikroroboter soll im Auge oder inneren Organen von Patienten
Messungen vornehmen und in Zukunft möglicherweise sogar punktgenau
Medikamente verabreichen. Im Körper wird die Miniatursonde mittels
starker Magnetfelder angetrieben und gesteuert, die von aussen auf
das strömungsgünstig geformte Gefährt einwirken. "Zur Zeit arbeiten wir daran, die Mikroroboter mit
einer "Nutzlast" auszustatten", erklärt Bradley Nelson. Mediziner
möchten die winzige, diagnostische Sonden dazu benutzen, Messwerte
an ganz bestimmten Stellen des Körpers zu ermitteln. Das kleine
Messgerät kann durch die Nadel einer Spritze initiiert werden und
wird nach getaner Arbeit auf demselben Weg wieder aus dem Körper
entfernt. Eines der ersten Einsatzgebiete der neuartigen Technologie
könnte das Innere des Auges sein. Einige Erkrankungen der Netzhaut
werden durch ungenügende Sauerstoffversorgung verursacht. Bislang
ist es jedoch noch nicht möglich, entsprechende Messungen des
Sauerstoffgehalts im Inneren des Auges durchzuführen. Bradley
Nelson und sein Team erwägen deshalb, ihr mikroskopisches
Tauchgerät mit einem Sauerstoffsensor zu bestücken. Dass das
Konzept nicht aus der Luft gegriffen ist, steht bereits fest. Erste
Testfahrten im Glaskörper von Tieraugen verliefen erfolgreich. Weitere Informationen:
Prof. Dr. Bradley Nelson
Institute of Robotics and Intelligent Systems
CLA H 15.2
ETH Zentrum
Tannenstrasse 3
CH-8092 Zürich
Tel: +41 (0)44 632 55 49
Fax: +41 (0)44 632 10 78
E-Mail: bradley.nelson@iris.mavt.ethz.ch Text und Bild dieser Medieninformation können auf der Nationalfonds-
Homepage abgerufen werden http://www.snf.ch/medienmitteilung
Permalink:
https://www.presseportal.ch/de/pm/100002863/100508359
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