Antrieb für schwimmende Nano-Roboter simuliert

Forschern am Georgia Institute of Technology ist es gelungen, am Computer schwimmende Mini-Roboter zu simulieren, die nur zehn Tausendstel Millimeter groß sind. Die Nano-Maschinen bestehen aus einem Körper, der an zwei Seiten mit Flossen versehen ist und an der Forderseite eine bewegliche Steuerfinne besitzt. Die Flossen werden durch Volumensveränderungen des Körpers in Bewegung versetzt, wodurch Vortrieb entsteht. Die Steuerflosse kann aus Material gefertigt werden, das auf Licht-, Temperatur- oder Magnetfeld-Änderungen reagiert.

Verschiedene Antriebskonzepte

Die Ausdehnungen und Kontraktionen des Körpers können durch zyklische chemische Reaktionen, oszillierende Magnet- oder elektrische Felder oder durch rhythmische Temperaturveränderungen angeregt werden. Diese pulsierende Bewegung kann die Nano-Bots nach vorne treiben. Aus welchem Material die Körper sein sollen, lassen die Forscher offen. Möglich sind unter anderem Antriebe auf elektrischer oder chemischer Basis. Hydrogel etwa könnte die Rolle eines chemischen Motors übernehmen. An der Verbesserung dieser volumensverändernden Materialien wird derzeit geforscht.

„Verfügbares Hydrogel reagiert zu langsam. Die Frequenz reicht nicht aus, um einen effektiven Antrieb zu liefern. Piezo-Kristalle, die mit externen Wechselfeldern gesteuert werden, würden deutlich höhere Frequenzen erlauben“, sagt Rudolf Buser vom Institut für Mikro- und Nanotechnologie der Interstaatlichen Hochschule für Technologie Buchs http://www.ntb.ch gegenüber pressetext. Die Forscher haben in ihren Simulationen diverse Flossengrößen und -eigenschaften getestet. Die Höchstgeschwindigkeit der kleinen Maschinen soll bei einigen Tausendstel-Millimeter pro Sekunde liegen, was unter Berücksichtigung der geringen Länge aber schon recht beachtlich ist.

Noch keine Realität

Derzeit existieren die Nano-Bots nur als Simulation in den Computern der Forscher. Die extrem kleinen Maßstäbe führen dabei zu speziellen Problemen. „Die Trägheit spielt auf dieser Skala keine Rolle mehr. Das heißt, die Bewegung muss laufend angetrieben werden. Der Effekt der Viskosität ist auf diesem Maßstab stärker zu spüren, was ebenfalls berücksichtigt werden muss“, so Buser. Der nächste Schritt wäre laut den Forschern die experimentelle Umsetzung der Erkenntnisse aus den Simulationen.

Nano-Bots könnten etwa als Transport-Maschinen für winzige Materialmengen auf Chip-Laboren oder für Medikamente im menschlichen Körper fungieren. „Mit der entsprechenden Finanzierung ließe sich die Simulation vermutlich umsetzen, die benötigte Technologie gibt es ja bereits seit längerem. Ich rechne aber nicht mit einer baldigen Umsetzung“, so Buser.