Forscher entwickeln erste mikroskopische Roboter, die “gehen” können

In einem Durchbruch auf dem Gebiet der Robotik haben Forscher die ersten mikroskopischen Roboter entwickelt, die durch ihre integrierten Halbleiterkomponenten gesteuert werden können. Die Roboter können mit Standard-Elektronensignalen “gehen”.

Die mikroskopischen Roboter sind so groß wie ein Paramecium und werden als Grundlage für weitere Projekte dienen. Einige davon könnten komplexe Versionen mit siliziumbasierter Intelligenz, die Massenproduktion solcher Roboter und Versionen umfassen, die durch menschliches Gewebe und Blut bewegt werden können.

Die Arbeit war eine Zusammenarbeit unter der Leitung der Cornell University, an der Itai Cohen, Professor für Physik, beteiligt war. Weitere Mitglieder des Teams waren Paul McEuen, der John A. Newman Professor of Physical Science, sowie Marc Miskin, Assistenzprofessor an der University of Pennsylvania.

Ihre Arbeit wurde am 26. August in Nature veröffentlicht, mit dem Titel “Elektronisch integrierte, massenproduzierte, mikroskopische Roboter.”

Frühere Nanomaßstab-Projekte

Die neu entwickelten mikroskopischen Roboter basieren auf früheren Arbeiten von Cohen und McEuen. Einige ihrer früheren Nanomaßstab-Projekte umfassten mikroskopische Sensoren und Graphen-basierte Origami-Maschinen.

Die neuen mikroskopischen Roboter sind etwa 5 Mikrometer dick, 40 Mikrometer breit und zwischen 40 und 70 Mikrometern lang. Ein Mikrometer ist nur ein Millionstel eines Meters.

Jeder Roboter verfügt über einen einfachen Schaltkreis, der aus Silizium-Photovoltaik und vier elektrochemischen Aktuatoren besteht. Die Silizium-Photovoltaik dient als Rumpf und Gehirn, während die elektrochemischen Aktuatoren als Beine fungieren.

Steuerung der mikroskopischen Roboter

Um die Roboter zu steuern, leuchten die Forscher Laserpulse auf verschiedene Photovoltaik auf, wobei jeder eine separate Gruppe von Beinen bildet. Die Roboter können gehen, wenn der Laser zwischen den vorderen und hinteren Photovoltaik hin- und herschaltet.

Die Roboter arbeiten nur mit einer niedrigen Spannung von 200 Millivolt und benötigen nur 10 Nanowatt Leistung. Das Material ist für so ein kleines Objekt stark, und sie können parallel gefertigt werden, da sie mit Standard-Lithographieprozessen konstruiert werden. Auf einem vier Zoll großen Silizium-Wafer können etwa 1 Million Bots untergebracht werden.

Das Team untersucht nun, wie die Roboter durch Elektronik und Onboard-Rechnung leistungsfähiger gemacht werden können.

Es ist möglich, dass zukünftige Versionen von Mikrorobotern in Schwärmen agieren und Aufgaben wie die Umstrukturierung von Materialien, das Vernähen von Blutgefäßen oder das Senden in das menschliche Gehirn ausführen können.

“Die Steuerung eines winzigen Roboters ist vielleicht so nah wie möglich an der Selbstverkleinerung. Ich denke, Maschinen wie diese werden uns in alle Arten von erstaunlichen Welten führen, die zu klein sind, um sie zu sehen”, sagte Miskin.

“Diese Forschungsdurchbruch bietet eine aufregende wissenschaftliche Gelegenheit, neue Fragen im Zusammenhang mit der Physik von aktiver Materie zu untersuchen und kann letztendlich zu futuristischen robotischen Materialien führen”, sagte Sam Stanton.

Stanton ist Programm-Manager für das Army Research Office, das die Forschung an den mikroskopischen Robotern unterstützte.

Ein Video von Itai Cohen, in dem die Technologie erklärt wird, kann hier gefunden werden.