Philadelphia. Forschende der University of Pennsylvania und der University of Michigan haben den kleinsten autonomen Roboter entwickelt. Das mikroskopische System ist kaum größer als ein Sandkorn, kann sich selbstständig bewegen, seine Umgebung wahrnehmen und darauf reagieren.
Winziger Roboter forscht: Neuigkeiten zum kleinsten autonomen Roboter
Funktionsprinzip und technische Besonderheiten
Die Roboter messen lediglich rund 200 mal 300 mal 50 Mikrometer. In diesem ultrakleinen Maßstab dominieren physikalische Effekte wie Reibung und Viskosität, während die Trägheit an Bedeutung verliert. Statt mechanischer Teile nutzen die Systeme elektrische Felder, um geladene Teilchen in der umgebenden Flüssigkeit zu bewegen. Dadurch entstehen Strömungen, die den Roboter präzise steuern und beschleunigen.
Die Forschenden beschrieben das System als eine „elektrische Maschine, die Wasser statt Zahnräder bewegt“. Die Roboter erreichen dabei Bewegungen mit Geschwindigkeiten von etwa einer Körperlänge pro Sekunde und können sogar koordiniert in Gruppen agieren.
Integration von Steuerung, Energieversorgung und Sensorik
Ein zentrales Element ist ein extrem energiearmer Prozessor, basierend auf dem kleinsten Computer der Welt. Er verbraucht nur 75 Nanowatt und verfügt über einen minimierten Speicher, der nur stark komprimierte Programme zulässt. Strom bezieht der Roboter über winzige Solarzellen auf seiner Oberfläche. Licht wird darüber hinaus als Kommunikationskanal genutzt, um Programme zu übertragen und zu steuern.
Jeder Roboter besitzt eine individuelle Adresse. Sensoren, wie präzise Temperatursensoren, erfassen Umweltbedingungen und leiten Veränderungen direkt in die Bewegungen um. So wird Information nicht klassisch per Datenübertragung weitergegeben, sondern sichtbar gemacht.
Grenzen und Zukunftsperspektiven des kleinsten autonomen Roboters
Derzeit funktionieren die Roboter nur in speziell abgestimmten Flüssigkeiten und benötigen konstante Beleuchtung, um energie- und speichertechnisch aktiv zu bleiben. Ohne Licht „vergessen“ sie ihre programmierten Aufgaben. Diese Einschränkungen zeigen die Herausforderungen bei der Überführung aus dem Labor in die Praxis.
Dennoch eröffnen sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, etwa in der Medizin zur Untersuchung mikroskopischer Vorgänge im Körper oder dem gezielten Transport von Wirkstoffen. Auch die Materialforschung oder die Mikrofertigung könnten von vielen kooperierenden autonomen Minirobotern profitieren. Die Forschenden sehen den Nachweis der autonomen Funktion auf dieser Größenskala als bedeutenden Fortschritt.
„Wir haben erstmals gezeigt, dass autonome, programmierbare Roboter auf dieser Skala überhaupt möglich sind“, so eine der beteiligten Wissenschaftlerinnen.
Interessierte Leserinnen und Leser können mehr zum Fortschritt technischer Miniaturisierung und robotischer Systeme bei regionalupdate.de erfahren. Weitere Informationen zur Nanotechnologie sind auf der Webseite des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen verfügbar.
