Forschende der University of Pennsylvania und der University of Michigan haben den kleinsten autonomen Roboter der Welt entwickelt. Das Gerät misst gerade einmal 200 mal 300 mal 50 Mikrometer. Das ist winziger als ein Salzkorn und liegt in der Größenordnung vieler Mikroorganismen. Die Forschungsgruppe stellt seine Entwicklung in den Fachjournalen »Science Robotics« und »PNAS« vor.

Anders als größere Roboter bewegt sich das kleine Gerät in einer Flüssigkeit nicht mithilfe flexibler Gliedmaßen fort, sondern über eine selbst erzeugte Strömung. Dafür baut es ein elektrisches Feld auf, das Ionen im umgebenden Wasser anregt. Diese wiederum stoßen auf nahe gelegene Wassermoleküle. Dadurch entsteht ein Fluss, der den Roboter voranbringt. Wurde er einmal programmiert, kann er das elektrische Feld gezielt einstellen und sich autonom in komplexen Mustern und mit bis zu einer Körperlänge pro Sekunde fortbewegen. Programmiert wird der Roboter über Lichtimpulse, die ihn zudem mit Energie versorgen.

Neben dem Antrieb besteht der Roboter im Wesentlichen aus einem Prozessor, über den er Entscheidungen trifft, einem Speicher, einem Temperatursensor und winzigen Solarzellen. Die Solarpaneele auf so engem Raum unterzubringen, war den Fachleuten zufolge die größte Herausforderung. Sie leisten insgesamt nur 75 Nanowatt – das ist 100 000-mal weniger, als man für den Betrieb einer Smartwatch benötigt – und nehmen doch den meisten Platz auf dem Robotorchip ein. Prozessor und Speicher hat das Forschungsteam deswegen so optimiert, dass sie bei extrem niedrigen Spannungen arbeiten und sehr wenig Strom verbrauchen. Unter anderem hat es dafür den Programmcode für die Steuerung des Antriebs stark verkürzt.

Über seine Sensoren kann der Roboter die Temperatur auf ein drittel Grad Celsius genau bestimmen. So kann er sich selbstständig in wärmere Bereiche bewegen oder Messwerte melden. Auf diese Weise könne man beispielsweise eines Tages die Gesundheit einzelner Zellen überwachen, denn die Temperatur ist ein wichtiger Indikator für deren Aktivität, schreibt das Team. Die Daten übermittelt der Roboter dann in Form eines zuvor programmierten Bewegungsablaufs. Ähnlich kommunizieren Honigbienen miteinander. Dieser Tanz lässt sich über ein Mikroskop und mit einer Kamera erfassen und entschlüsseln.

Da die Roboter nicht über bewegliche Teile verfügen, sind sie den Forschenden zufolge extrem langlebig. Ohne sie zu beschädigen, könne man sie mit einer Mikropipette wiederholt von einer Probe zur anderen bringen.

Die Fachleute weisen allerdings darauf hin, dass sie mit der Entwicklung noch am Anfang stehen. Künftige Versionen könnten zum Beispiel weitere Sensorik enthalten oder in schwierigeren Umgebungen agieren. Das vorliegende Konzept könne aber bereits über Monate funktionieren, es lasse sich in großer Stückzahl herstellen und koste dabei pro Roboter etwa einen Cent.