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Ingenieurskunst: Laser machen Mikrorobotern Beine

Mikroroboter kamen bislang nicht sehr effektiv vom Fleck. Ein US-Team hat nun Roboterwinzlinge mit lasergesteuertem Fortbewegungsapparat entwickelt, die nicht größer sind als Pantoffeltierchen.
Eine kleine Armee von Mikrorobotern mit vier Beinen Laden...

Sie beugen und strecken sich wie kleine Flossen: Forscher um den Physiker Marc Miskin haben Beinchen geschaffen, mit denen Mikroroboter über eine wasserbedeckte Oberfläche krabbeln können. Die so genannten Aktoren werden von Laserstrahlen angetrieben und gesteuert. Wie das Team von der Cornell University und der University of Pennsylvania in der Fachzeitschrift »Nature« berichtet, handelt es sich damit um die ersten bekannten Roboter von weniger als 0,1 Millimeter Länge, deren Bewegung durch die Bordelektronik per Laserantrieb gesteuert werde.

Die elektrochemischen Aktoren verwandeln elektrischen Strom in Kraft, indem sich die Ionen der umgebenden Flüssigkeit auf der Oberfläche anlagern und so die Spannung im Bein verändern, woraufhin es sich krümmt oder streckt. Der Mechanismus wird von einem Laserstrahl in Gang gesetzt: Über Fotovoltaik-Patches auf dem Körper des Roboters kann er Vorder- und Hinterbeine getrennt ansteuern.

Die Forscher stellten die Aktoren mit denselben Nanotechniken her, die auch in Computerchips stecken. Für den Prototyp eines Mikroroboters verdrahteten sie die vier Aktoren mit einer Reihe von Solarzellen auf dem zentralen Gehäuse. Mit dem Verfahren könnten sie mehr als eine Million Roboter auf eine etwa handtellergroße Scheibe setzen – ein Schritt Richtung Massenfertigung von siliziumbasierten Robotern, die man mit dem bloßen Auge nicht sehen könne.

Im Moment sei deren Funktion allerdings noch begrenzt: Sie schwimmen langsamer als andere Mikroroboter und verfügen weder über Umgebungssensoren noch über eine autonome interne Steuerung. Doch sie ließen sich gut mit bekannter Mikroelektronik verbinden, etwa um sensorischen Input zu verarbeiten. Außerdem könnten sie eine saure Umgebung sowie Temperaturschwankungen von mehr als 70 Grad Celsius aushalten.

Mikroroboter mit lasergesteuerten Beinen

Miskin und seine Kollegen hätten damit ein neues Designkonzept vorgelegt, kommentieren die Ingenieure Allan Brooks und Michael Strano vom Massachusetts Institute of Technology in Boston in »Nature«. Zentrale Recheneinheit und Beine könnten simultan hergestellt und die Aktoren mit demselben Strom betrieben werden wie elektrische Schaltkreise und Sensoren. Ähnliche andere Mikroroboter wären weit weniger effizient.

Brooks und Strano zählen die neuen ferngesteuerten Mikroroboter zu den »Marionetten«: Sie benötigen keine bordeigene Energiequelle und Steuerung, dafür aber externe Unterstützung. Vollautonome Geräte bräuchten das nicht, doch sei es fraglich, ob sie sich miniaturisieren lassen. Miskin und seine Kollegen hätten eine Lösung angeboten: ihre Roboter mit einer Batterie auszustatten. Brooks und Strano zufolge wäre das ein weiterer Schritt in Richtung einer Vision von Richard Feynman: 1959 hatte der spätere Physik-Nobelpreisträger vorgeschlagen, einen »Chirurgen zu verschlucken«, einen winzigen Roboter, der über die Blutbahn durch den Körper wandert und dort operiert, wo es nötig ist.

35/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 35/2020

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