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SpanishEin konzeptioneller Fortschritt, der Mikrorobotern Beine verleiht
Ein spannender Artikel erschienen in Nature, 530-531 (2020); doi: 10.1038/d41586-020-02421-2
Es wurden winzige Geräte entwickelt, die als Beine von lasergesteuerten Mikrorobotern fungieren können. Die Kompatibilität dieser Vorrichtungen mit mikroelektronischen Systemen legt einen Weg zur Massenproduktion von autonomen Mikrorobotern nahe.
Video auf Youtube https://youtu.be/8b_dMsYLkUs
1959 schlug der Nobelpreisträger und Nanotechnologie-Visionär Richard Feynman vor, dass es interessant wäre, "den Chirurgen zu schlucken" - d.h. einen winzigen Roboter zu bauen, der sich durch Blutgefäße bewegen könnte, um bei Bedarf Operationen durchzuführen. Diese ikonische Vorstellung von der Zukunft unterstrich die modernen Hoffnungen auf dem Gebiet der Robotik im Mikrometerbereich: autonome Geräte in Umgebungen einzusetzen, die ihre makroskopischen Gegenstücke nicht erreichen können. Der Bau solcher Roboter bringt jedoch mehrere Herausforderungen mit sich, darunter die offensichtliche Schwierigkeit, eine mikroskopisch kleine Lokomotive zusammenzubauen. In einem Artikel in Nature berichten Miskin et al. über elektrochemisch angetriebene Geräte, die lasergesteuerte Mikroroboter durch eine Flüssigkeit treiben und die sich leicht mit mikroelektronischen Komponenten integrieren lassen, um vollständig autonome Mikroroboter zu konstruieren.
Die Entwicklung von Antriebsstrategien für Mikroroboter, die sich durch flüssige Umgebungen bewegen, stellt eine Herausforderung dar, da starke Widerstandskräfte verhindern, dass mikroskopisch kleine Objekte ihren Schwung beibehalten. Um diese Herausforderung zu meistern, entwarfen Miskin und seine Mitarbeiter winzige Aktuatoren - Geräte, die Energie in Bewegung umwandeln -, die sich falten und entfalten, wenn winzige Mengen elektrischen Stroms angelegt werden. Der Strom bewirkt, dass Ionen aus einer umgebenden Lösung an der Oberfläche des Aktuators adsorbiert werden, wodurch die Spannung im Bein verändert wird und es sich dadurch verbiegt. Die Autoren konstruieren diese Aktoren mit den gleichen Nanofabrikationstechniken, die auch bei der Herstellung von Computerchips zum Einsatz kommen.
Ein interessanter Aspekt der Arbeit von Miskin und seinen Kollegen ist, dass sie ein frisches Designkonzept für ihre Mikroroboter verwendet haben. Anstatt einem statischen Teilchen einen Antriebsmechanismus hinzuzufügen, haben sie einen archetypischen Roboter miniaturisiert: eine Laufmaschine, deren mechanische Beine durch Elektronik gesteuert werden. Da die Aktuatoren mit den gleichen Techniken konstruiert werden, die auch bei der Herstellung von Leiterplatten zum Einsatz kommen, könnten die "Gehirne" (Logikschaltungen) und die Beine künftiger Roboter im Prinzip gleichzeitig gedruckt werden. Und da die Aktuatoren durch die elektrischen Ströme mit geringer Leistung betrieben werden können, die typischerweise durch elektronische Schaltkreise fließen, könnten Sensoren und Logikkomponenten nahtlos in die Aktuatoren integriert werden.