Forschende entwickeln winzigen Roboter-Vogel mit Magnetsteuerung

Laura Heyderman und Tian-Yun Huang (Mitte) betrachten ein vergrössertes Modell des Mikroroboters, der an einen Origami-Vogel erinnert. Jizhai Cui (rechts) betrachtet den echten Mikroroboter unter einem Mikroskop. Paul Scherrer Institut sda-ats

(Keystone-SDA) Flattern, Kopf einziehen, zur Seite gleiten: Ein Vogel-ähnlicher Mikroroboter kann mit Magnetsteuerung verschiedene Bewegungen ausführen. Was wie Spielerei klingt, ist ein wichtiger Schritt hin zu Mikrorobotern, die medizinische Aufgaben erfüllen könnten.

Forschende um Laura Heyderman vom Paul Scherrer Institut (PSI) und der ETH Zürich haben eine Mikromaschine entwickelt, die sich dank Nanomagneten in den Bauteilen bewegen lässt. Sie erinnere an einen Origami-Vogel und messe nur wenige Mikrometer, wie PSI und ETH am Mittwoch mitteilten. Von ihrer Entwicklung berichten die Forschenden im Fachblatt «Nature».

Das Besondere an dem Mikroroboter: Seine Bauteile bestehen aus Nanometer-kleinen Kobaltmagneten auf dünnen Schichten von Siliziumnitrid. Die Nanomagnete lassen sich immer wieder neu programmieren, so dass sie unter Einfluss eines Magnetfelds verschiedene Bewegungen ausführen.

«Diese Bewegungen des Mikroroboters spielen sich im Bereich von Millisekunden ab», liess sich Heyderman in der Mitteilung zitieren. «Das Programmieren der Nanomagnete geschieht dagegen innerhalb weniger Nanosekunden.» Der Mikro-Vogel kann daher flattern, rütteln, sich umdrehen, zur Seite gleiten, den Hals krümmen und den Kopf einziehen.

Neues Konzept für Steuerung

Bei der Entwicklung des Teams steht allerdings weniger die Form der Mikromaschine im Mittelpunkt als vielmehr das neuartige Konzept, um nicht nur Informationen für eine einzelne bestimmte Aktion in Mikro- oder Nanorobotern zu speichern, sondern immer wieder neue zu programmieren, hiess es.

«Es ist vorstellbar, dass in der Zukunft eine autonome Mikromaschine durch menschliche Blutgefässe navigiert und biomedizinische Aufgaben wie das Abtöten von Krebszellen übernimmt», sagte Bradley Nelson von der ETH Zürich, der ebenfalls an der Entwicklung beteiligt war.

Auch andere Anwendungen wie flexible Mikroelektronik, Mikrolinsen, die ihre optischen Eigenschaften verändern, oder Oberflächen, die steuerbar mal wasserabweisend, mal benetzbar sind, seien möglich, schrieben PSI und ETH.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1713-2