23. März 2020

Kleinster mikroelektronischer Roboter der Welt

Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik an der Technischen Universität Chemnitz und Direktor am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden, gelang ein Durchbruch. Sie entwickelten den kleinsten mikroelektronischen Roboter der Welt, der durch einen Zwillings-Düsenjet angetrieben und gesteuert wird. Der mikrolektronische Roboter ist 0,8 mm lang, 0,8 mm breit und 0,14 mm hoch. Zum Vergleich: Ein 1-Cent-Stück hat einen Durchmesser von rund 16 mm. Der Mikro-Roboter ist mechanisch extrem flexibel, beweglich und mit diversen Funktionen ausgerüstet. An dem Projekt beteiligten sich neben der TU Chemnitz und dem IFW Dresden die Chinesische Akademie der Wissenschaften Changchun und die Technische Universität Dresden.

Ein besonderer Aspekt der Entwicklung ist die Bereitstellung von elektrischer Energie an Bord, die es dem hochflexiblen Mikro-Roboter erlaubt, verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Das System ist zudem in hohem Maße manövrierfähig in wässriger Lösung und lässt sich fernsteuern. Darüber hinaus verfügt der Roboter über eine Lichtquelle und einen kleinen Greifarm, die kabellos mit Energie versorgt werden können. Denkbar ist so der Einsatz von biomedizinischen Sensoren und Aktoren, die Anwendungen in den Bereichen der Mikro-Robotik und Medizintechnik ermöglichen. Beispiele hierfür sind das gezielte Verabreichen von Medikamenten oder die Diagnose von Krankheiten direkt im Organismus.

Kontrolle und Steuerbarkeit erstmalig in kabellosem Mikroelektronik-Roboter umgesetzt
Das Forschungsfeld der Mikro-Roboter und Mikromotoren erzeugt seit mehr als zehn Jahren ein stark steigendes weltweites Interesse bei Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verschiedener Fachrichtungen. Insbesondere die fiktive Anwendung eines medizinischen Mini-U-Boots mit eigenem steuerbaren Antrieb beflügelt immer wieder sowohl die Grundlagen- als auch die angewandte Forschung. Dabei war das Ziel, die Entwicklung eines vollständig kontrollier- und steuerbaren mikroelektronischen Roboters, lange Zeit Science Fiction – bis jetzt. Zwar gibt es mittlerweile chemisch angetriebene Mikromotoren, die in ersten medizinischen Studien in den USA auf ihre Tauglichkeit zur Heilung bestimmter Krankheiten getestet werden. Allerdings handelt es sich dabei um sehr einfache Systeme, die weder über elektrische Energie noch über mikroelektronische Einheiten an Bord verfügen. Eine gezielte Kontrolle und Steuerung der Mikroroboter ist somit nicht möglich. Das ist bei dem von Oliver G. Schmidt und seinem Team entwickelten System anders, obwohl es auf einer neun Jahre alten Idee basiert.

Lesen Sie mehr zu dieser Idee in den Mitteilungen der TU Chemnitz.  


Foto ©Leibniz IFW Dresden: Die Idee eines komplexen mikroelektronischen Systems mit eigenem Antrieb und diversen Funktionen (Energiespeicherung, Elektronik, Sensorik, Kommunikation) wurde vor neun Jahren formuliert (Aus: Chem. Soc. Rev., 40, 2109 (2011)).

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