Forscher entwickeln erste mikroskopische Roboter, die “laufen” können

In einem Durchbruch im Bereich der Robotik haben Forscher die ersten mikroskopischen Roboter entwickelt, die durch ihre integrierten Halbleiterkomponenten gesteuert werden können. Die Roboter können mit standardmäßigen elektronischen Signalen “laufen”.

Die mikroskopischen Roboter sind so groß wie ein Paramecium und werden als Grundlage für weitere Projekte dienen. Einige dieser Projekte 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. Andere Teammitglieder waren Paul McEuen, der John A. Newman Professor of Physical Science, sowie Marc Miskin, Assistant Professor an der University of Pennsylvania.

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

Vorherige Nanoskala-Projekte

Die neu entwickelten mikroskopischen Roboter basieren auf vorherigen Arbeiten von Cohen und McEuen. Einige ihrer vorherigen Nanoskala-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 hat einen einfachen Schaltkreis, der aus Silizium-Photovoltaikzellen und vier elektrochemischen Aktuatoren besteht. Die Silizium-Photovoltaikzellen dienen als Rumpf und Gehirn, während die elektrochemischen Aktuatoren als Beine fungieren.

Steuerung der mikroskopischen Roboter

Um die Roboter zu steuern, geben die Forscher Laserimpulse an verschiedene Photovoltaikzellen, wobei jede einen separaten Satz Beine bildet. Die Roboter können laufen, wenn der Laser zwischen den vorderen und hinteren Photovoltaikzellen hin- und hergeschaltet wird.

Die Roboter arbeiten nur bei einer niedrigen Spannung von 200 Millivolt und benötigen nur 10 Nanowatt Leistung. Das Material ist für so ein kleines Objekt stark und kann parallel gefertigt werden, da es mit standardmäßigen Lithographieprozessen hergestellt wird. Auf einer einzigen 4-Zoll-Siliziumscheibe können etwa 1 Million Roboter untergebracht werden.

Das Team arbeitet nun daran, die Roboter durch Elektronik und Onboard-Rechnung leistungsfähiger zu machen.

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

“Die Steuerung eines winzigen Roboters ist vielleicht so nah wie man kommen kann, sich selbst zu verkleinern. 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 Forschungsergebnisse bieten eine aufregende wissenschaftliche Gelegenheit, neue Fragen im Zusammenhang mit der Physik von aktiver Materie zu untersuchen und könnten 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 er die Technologie erklärt, kann hier gefunden werden.