Mikro-Roboter

Vibrationen treiben winzigen Roboter an

| Redakteur: Katharina Juschkat

Ein Mikro-Bot im Größenvergleich zu einem US-Penny. Der Winzling ist gerade einmal zwei Millimeter lang.
Ein Mikro-Bot im Größenvergleich zu einem US-Penny. Der Winzling ist gerade einmal zwei Millimeter lang. (Bild: Allison Carter, Georgia Tech)

Forscher am Georgia Institute of Technology haben Mikro-Roboter entwickelt, die allein durch Vibrationen angetrieben werden und mit zwei Millimeter Länge mit dem menschlichen Auge kaum wahrgenommen werden können.

Etwa so klein wie die kleinste Ameise der Welt sind Mikro-Roboter, die Forscher am Georgia Institute of Technology entwickelt haben. Die Roboter ist so winzig, dass auch keine Energieversorgung wie Batterien Platz finden. Deshalb dienen ihnen Vibrationen als Energiequelle – selbst mit den Schallwellen aus einem Lautsprecher können sie sich fortbewegen.

Winziger Roboter aus dem 3D-Drucker

Die Mikro-Roboter bestehen aus einem Kunststoffplättchen, an das die Forscher einen piezoelektrischen Aktuator geklebt haben. Dieser setzt Vibrationen in elektrische Energie um, die den Roboter vorantreibt. Der Prototyp reagiert auf unterschiedliche Frequenzen, sodass er in gewissem Maß steuerbar ist. „Wir arbeiten daran, die Technik robust zu machen“, sagt Assistenzprofessorin für Elektrotechnik und Computerwissenschaften, Azadeh Ansari. „Und wir haben eine Menge Ideen für Einsatzmöglichkeiten.“

Die Mikro-Bots sind etwa zwei Millimeter lang, 1,8 Millimeter breit und 0,8 Millimeter dick und wiegen etwa fünf Milligramm. Mittels 3D-Druck könnte man sogar noch kleinere Roboter produzieren, aber mit einer reduzierten Masse können die Haftkräfte zwischen den winzigen Geräten und einer Oberfläche sehr groß werden. So kann das Problem entstehen, dass die Mikro-Bots nicht von der Pinzette getrennt werden, mit der sie aufgenommen wurden.

Fortbewegung mit winzigem akustischen Lautsprecher

Die Vibrationen, mittels der sich die Mikro-Roboter fortbewegen, können von einem piezoelektrischen Schüttler unter der Oberfläche, auf der sich die Roboter bewegen, von einer Ultraschall-/Sonarquelle oder sogar von einem winzigen akustischen Lautsprecher kommen. Die Vibrationen bewegen die federnden Beine auf und ab und treiben den Mikro-Roboter so nach vorne. Jeder Roboter kann so ausgelegt werden, dass er auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen reagiert, abhängig von Beingröße, Durchmesser, Design und Gesamtgeometrie.

Die Amplitude der Vibrationen steuert die Geschwindigkeit, mit der sich die Mikro-Bots bewegen. Und obwohl der Miktoroboter so winzig ist, kann er innerhalb einer Sekunde das Vierfache seiner Körperlänge als Weg zurücklegen. Einige der Roboter haben vier Beine, während andere sechs haben. Der Erstautor DeaGyu Kim fertigte Hunderte der winzigen Strukturen an, um die ideale Konfiguration zu bestimmen.

Mikro-Roboter steuerbar machen

Die Roboter werden in einem 3D-Drucker im TPP-Verfahren hergestellt, einer Technik, die ein Monomerharzmaterial polymerisiert. Sobald der vom ultravioletten Licht getroffene Teil des Harzblocks chemisch entwickelt ist, kann der Rest weggespült werden, so dass die gewünschte Roboterstruktur erhalten bleibt.

Ansari erklärt: „Aktuell dauert der Herstellungsprozess noch eine ganze Weile, deshalb suchen wir nach Möglichkeiten, ihn zu skalieren, um Hunderte oder Tausende von Mikro-Bots gleichzeitig herzustellen.“ Ansari und ihr Team arbeiten daran, die Roboter steuern zu können, indem sie zwei leicht unterschiedliche Mikro-Bots miteinander verbinden. Da jeder der verbundenen Bots auf unterschiedliche Schwingungsfrequenzen reagieren würde, könnte die Kombination durch Variation der Frequenzen und Amplituden gesteuert werden.

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Die Forscher überlegen für die Zukunft, Mikro-Bots zu entwickeln, die springen und schwimmen können. Was sie sonst noch vorhaben, erklärt Ansari: „Wir können zum Beispiel das kollektive Verhalten von Ameisen betrachten und das, was wir aus ihnen lernen, auf unsere kleinen Roboter übertragen. Die Roboter laufen gut in einer Laborumgebung, aber wir müssen noch viel tun, bevor sie in die Außenwelt hinausgehen können.“

Ein Paper, das die Mikro-Roboter beschreibt, wurde zur Veröffentlichung im „Journal of Micromechanics and Microengineering“ angenommen.

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