Nanotechnologie

Dieser Krabben-Roboter ist winziger als ein Floh

Er ist nur einen halben Millimeter groß und kann laufen, sich biegen, drehen, wenden und sogar springen: Dieser bemerkenswerte Nanoroboter wurde von Ingenieuren der Northwestern University in den USA entwickelt und hat die Form einer winzigen Krabbe. Auch an Mikromaschinen nach dem Vorbild anderer Tiere - Würmer, Grillen, Käfer - arbeiten die Wissenschaftler.

Auch wenn es sich beim winzigen Roboter, der im Video über den Rand einer Münze krabbelt, noch um eine Machbarkeitsstudie handelt, sind die Forscher der Meinung, dass ihre Technologie das Feld der Mikrorobotik entscheidend voranbringen könnte. Die Wissenschaftler hatten im vergangenen Jahr - krone.at berichtete - bereits einen geflügelten Mikrochip hergestellt, der die kleinste jemals von Menschenhand geschaffene fliegende Struktur war.

Einsatz in Industrie und Chirurgie denkbar
Geleitet wurde der Versuch vom Bioelektronik-Pionier John Rogers. Er sagt: „Die Robotik ist ein spannendes Forschungsgebiet, und die Entwicklung von Mikrorobotern ist ein interessantes Thema für die akademische Erforschung.“ Man könne sich Mikroroboter als Agenten vorstellen, die kleine Strukturen oder Maschinen in der Industrie reparieren oder zusammenbauen, oder als chirurgische Assistenten, um verstopfte Arterien zu reinigen, innere Blutungen zu stoppen oder Krebstumore zu beseitigen - in minimalinvasiven Verfahren.

Unsere Technologie kann sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von der Hälfte einer Körperlänge pro Sekunde bewegen. Das ist für bodengebundene Roboter in so kleinem Maßstab sehr schwierig zu erreichen.

Yonggang Huang

Yonggang Huang, der die theoretischen Arbeiten leitete: „Unsere Technologie ermöglicht eine Vielzahl von kontrollierten Bewegungsmodalitäten und kann sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von der Hälfte einer Körperlänge pro Sekunde bewegen. Das ist für bodengebundene Roboter in so kleinem Maßstab sehr schwierig zu erreichen.“

Fernsteuerung per Laser-Abtaststrahl
Der winzige Krabbenroboter, der kleiner als ein Floh ist, wird nicht durch komplexe Hardware, Hydraulik oder Elektrizität angetrieben. Stattdessen erklärt Rogers, dass seine Kraft in der Elastizität seines Körpers liegt. Für den Bau der Mini-Maschine verwendeten die Forscher eine Legierung mit Formgedächtnis, die sich bei Erwärmung in ihre „erinnerte“ Form zurückverwandelt.

Um den Nanobot in Bewegung zu versetzen, verwendeten die Forscher einen Laser-Abtaststrahl, der den Roboter an verschiedenen Stellen seines Körpers schnell erhitzen kann. Eine dünne Glasschicht bringt den entsprechenden Teil der Struktur beim Abkühlen in seine Form zurück. Wenn der Roboter von einer Phase in die andere wechselt - von der verformten in die erinnerte Form und wieder zurück -, kann er sich fortbewegen.

Durch die Verkleinerung dieser Roboter können sie tatsächlich schneller laufen.

John Rogers

Rogers erklärt, dass der Laser den Roboter nicht nur fernsteuert, um ihn zu aktivieren, sondern dass die Laserabtastrichtung auch die Laufrichtung des Roboters bestimmt. Wird beispielsweise von links nach rechts gescannt, so bewegt sich der Roboter von rechts nach links. Rogers: „Da diese Strukturen so winzig sind, ist die Abkühlungsrate sehr hoch. Durch die Verkleinerung dieser Roboter können sie tatsächlich schneller laufen.“

Spezielle Montagemethode notwendig
Um eine solch winzige Maschine herzustellen, griffen Rogers und Huang auf eine Technik zurück, die sie vor acht Jahren eingeführt hatten - eine Pop-up-Montagemethode, die von einem Pop-up-Buch für Kinder inspiriert wurde. Das Team begann mit der Herstellung von Vorläufern des Krabbenroboters in flacher Bauweise. Dann klebten sie die Vorläufer auf ein leicht gedehntes Gummisubstrat.

Wenn das gedehnte Substrat entspannt wird, kommt es zu einem Knickprozess, der die Krabbe „aufspringen“ lässt. Theoretisch wären mit dieser Methode auch andere aus dem Tierreich entlehnte Robotervarianten denkbar. Doch seine Studenten hätten sich eine Nanobot-Krabbe gewünscht, erzählt Rogers. „Die Studenten fühlten sich von den seitwärts krabbelnden Bewegungen winziger Krabben inspiriert und amüsiert. Es war eine kreative Laune.“ Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift „Science Robotics“ veröffentlicht.