In den Schädel injizierter Roboter spreizt seine Tentakel, um das Gehirn zu überwachen

Ein weicher Roboter, der durch ein winziges Loch im Schädel eingeführt wird, kann sechs mit Sensoren gefüllte Beine auf der Oberfläche des Gehirns entfalten. Eine Version dieses Softroboters wurde erfolgreich an einem Miniaturschwein getestet und könnte in Zukunft für Tests am Menschen skaliert werden.

Das Konzept bietet einen weniger invasiven Ansatz für die Platzierung von Elektroden auf der Gehirnoberfläche im Vergleich zur herkömmlichen Methode, bei der Chirurgen ein Loch in den Schädel schneiden, das der Größe des vollständig ausgefahrenen Geräts entspricht. Wenn es sich beim Menschen als sicher und wirksam erweist, könnte es schließlich dabei helfen, Menschen zu überwachen und sogar zu behandeln, die unter epileptischen Anfällen oder anderen neurologischen Störungen leiden.

„Es gibt tatsächlich eine wirklich große Oberfläche, die man erreichen kann, ohne eine große Kraniotomie durchzuführen“, sagt Stéphanie Lacour an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne.

Der Softroboter ist 2 Zentimeter lang und seine Beine bestehen hauptsächlich aus flexiblem Silikonpolymer. Die Beine ähneln gebogenen Blütenblättern, die sich spiralförmig um den zentralen Körper winden, und wenn sie vollständig ausgestreckt sind, bedecken sie einen Durchmesser von 4 Zentimetern. Jedes Bein enthält Elektroden zur Überwachung der Gehirnaktivität.

Die Beine könnten in zukünftigen Prototypen auf 8 oder 10 Zentimeter verlängert werden, ohne dass das in den Schädel geschnittene Loch vergrößert werden müsste, sagt er Sukho-Lied an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt und Teil des Forschungsteams.

Im eingesteckten Zustand ähneln die Beine einem Ärmel, wobei die Manschette nach hinten in Richtung Schulter geschoben wird, als würde sie umgestülpt. Sich entfalten, Die Beine füllen sich mit Flüssigkeit, die sie nach außen drückt.

Der Roboter wurde an einem Modell des Gehirns aus Kunststoff und Hydrogel getestet. Die Forscher zeigten aber auch, wie sie ein einzelnes, gerades Roboterbein – 15 Millimeter lang – am Gehirn eines Göttinger Minischweins einsetzen konnten. Bei einer Demonstration im Inneren des lebenden Tieres zeichneten die Elektroden des Softroboters Gehirnaktivitätsmuster auf, während die Forscher die Schnauze des Minischweins elektrisch stimulierten.

Der Einsatz eines weichen Roboters auf der Oberfläche des Gehirns ist eine Herausforderung, da zwischen dem menschlichen Gehirn und dem Schädel praktisch keine Lücke besteht – im Durchschnitt beträgt der Abstand nur 1 Millimeter, sagt Lacour. Die Forscher haben die Beine des Roboters so gestaltet, dass sie sich sanft ausdehnen, um zu vermeiden, dass zu viel Druck auf das Gehirn ausgeübt wird.

In jedes Bein eingebettete Dehnungssensoren übermitteln Informationen darüber, wann die Roboterbeine vollständig ausgefahren sind, ohne dass zusätzliche Kameras oder externe Sensoren erforderlich sind. „Ihr innovativer Einsatz von Dehnungssensoren … hat das Potenzial, den Bedarf an postoperativer Bildgebung zu reduzieren und die im Operationssaal verbrachte Zeit zu verkürzen“, sagt Damiano Barone an der Universität Cambridge.

Sobald die Aufgabe der Gehirnüberwachung abgeschlossen ist, werden die Roboterbeine entleert, sodass sie von einem Chirurgen leicht herausgezogen werden können. Die Forscher planen, den Soft-Roboter schließlich durch ein Spin-off-Start-up namens Neurosoft Bioelectronics für Tests am Menschen zu skalieren.