Forscher von der McAlpine Research Group der University of Minnesota haben ein Verfahren für den direkten 3D-Druck von Elektronik auf Organe entwickelt. Damit lassen sich Veränderungen im Körper besser verfolgen. Die Methode würde sich aber auch für andere Bereiche eignen.

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Mithilfe der Motion-Capture-Technologie haben Forscher der McAlpine Research Group an der University of Minnesota eine Methode entwickelt, elektronische Sensoren direkt auf Organe zu drucken, die sich ausdehnen und zusammenziehen. Damit könnten Diagnose und Überwachung der Lunge von COVID-19-Patienten verbessert werden. Ihre Studie mit dem Titel „3D Printed Deformable Sensors“ haben die Wissenschaftler im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.

3D-gedruckte Sensoren direkt auf die Organe

Vor zwei Jahren wurde von Mitgliedern des Teams eine 3D-Drucktechnik entwickelt, die den direkten Druck von Elektronik direkt auf die Hand ermöglicht, welche sich von links nach rechts bewegte oder drehte. Eine Verfolgung von 3D-Drucksensoren an Organen wie Lunge oder Herz, die aufgrund von Ausdehnung und Kontraktion ihre Form ändern oder sich verzerren, sei damit auch möglich.

Michael McAlpine, Professor für Maschinenbau an der Universität von Minnesota und leitender Forscher der Studie, erklärt, dass der 3D-Druck auf einem sich bewegenden Objekt schwierig sei. Es wäre eine ziemliche Herausforderung gewesen, einen Weg zu finden, um auf einer Oberfläche zu drucken, die sich beim Ausdehnen und Zusammenziehen verformt.

Entwicklung der Methode

Im Labor haben die Forscher ihre Arbeit mit einer ballonartigen Oberfläche und einem 3D-Drucker begonnen. Tracking-Marker, wie sie sonst in Filmen für Spezialeffekte verwendet werden, sollten dem 3D-Drucker helfen, seinen Druckpfad an die Expansions- und Kontraktionsbewegungen der Oberfläche anzupassen.

Mit weiteren Untersuchungen an einer tierischen Lunge, die künstlich aufgeblasen wurde, gelang es ihnen, einen weichen Sensor auf Hydrogelbasis direkt auf die Oberfläche zu drucken. Die Technik würde sich McAlpine zufolge auch für den 3D-Druck von Sensoren auf einem pumpenden Herzen eignen.

3D-Druck mit Motion Capture Trackern
Für ihre Arbeit nutzten die Forscher Tracking-Marker, wie sie sonst in Filmen für Spezialeffekte verwendet werden (Bild © Screenshot YouTube Video „3D printed deformable sensors“).

„Die umfassendere Idee hinter dieser Forschung ist, dass dies ein großer Schritt vorwärts ist, um das Ziel der Kombination von 3D-Drucktechnologie mit Operationsrobotern zu erreichen“, sagte McAlpine, der die Professur für den Lehrstuhl der Familie Kuhrmeyer am Institut für Maschinenbau der Universität von Minnesota innehat.

3D-gedruckte Sensoren auf Organen (Video)

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