Robotik: Fliegende Mini-Roboter, so klein wie Sandkörner

Forschende haben den kleinsten fliegenden Roboter hergestellt. Er könnte beispielsweise Epidemien frühzeitig erkennen.

Artikel veröffentlicht am 27. September 2021, 13:37 Uhr, Patrick Klapetz

Ein 3D-Microflier neben einer Zimmermannsameise als Maßstab. (Bild: Northwestern University)

Kleiner als eine Ameise, gerade einmal so groß wie ein Pflanzensamen oder Sandkorn: Der kleinste vom Menschen hergestellte fliegende Roboter könnte in Zukunft Epidemien frühzeitig vorhersagen, so sagen zumindest Wissenschaftler der privaten Northwestern University im US-Bundesstaat Illinois. Sie wollten einen biologisch abbaubaren Micro-Roboter schaffen, der sich fliegend in Schwärmen fortbewegen kann.

Der Artikel zur Studie, "Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds" (engl. "Dreidimensionale elektronische Mikroflieger, inspiriert durch vom Wind verstreute Samen"), wurde am 22. September in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Inspirationsquelle Natur

Um einen winzigen fliegenden Roboter zu produzieren, haben sich die Forschenden laut Studienleiter John A. Rogers von der Natur inspirieren lassen: "Pflanzen und Bäume haben einige ziemlich einzigartige und innovative Systeme für die Übertragung ihres genetischen Materials in Form von Samen mit passiven Mitteln: Wind und Luftströmungen."

Dafür untersuchte das Forschungsteam die ihnen derzeit bekannte Bandbreite möglicher Fortbewegungsarten bei Pflanzen. Dazu gehörten die Gleiter der Javagurke, aber auch Fallschirme im Stil von Löwenzahn. Bei ihrer Studie fokussierten sich die Wissenschaftler auf die Samen von Ahornblättern oder holzigen Reben, die sich hubschrauberartig drehend fortbewegen. Mit Simulationen zur Flugdynamik ahmten sie damit die kontrollierte Rotation von dreiflügeligen Tristellateia-Hubschraubersamen nach.

Kleiner geht nicht

Solche Hubschraubersamen sind zwar klein, dennoch können sie wenige Zentimeter groß sein. Den Forschenden gelang es, ihre Roboterflieger auf den Millimeterbereich zu verkleinern - ausreichend groß für miniaturisierte Instrumente, Computerchips, Energiequellen und andere Komponenten, dennoch um einiges kleiner als natürliche Samen.

Eigentlich sollten die Roboterflieger noch kleiner werden. Jedoch gab es laut Rogers ein Problem:"Die Aerodynamik bricht zusammen, wenn man die Größe auf unter einen Millimeter reduziert. Unterhalb dieser Größenordnung sieht alles wie eine Kugel aus und fällt auch so. Es gibt wirklich keine strömungsgetriebenen Rotationsbewegungen."

Das hinderte die Forschenden aber nicht daran, mehrere Versionen der geflügelten Geräte zu testen. Manche von ihnen trugen Umweltsensoren, die Wasserqualität, pH-Werte oder Wellenlängen des Sonnenlichts überwachten. Andere trugen Antennen, mit denen sie drahtlos mit Smartphones kommunizieren konnten.

Die Einsatzmöglichkeiten der Mini-Roboter sind vielfältig. Sie können beispielsweise für die Überwachung von Luftverschmutzung oder dem Sammeln anderer wissenschaftlicher Daten verwendet werden. Die Forschenden wollen sich aber auf die Überwachung und Ausbreitung von Krankheitserregern mittels Sensoren konzentrieren - auch wenn hier noch das Grundbasiswissen fehle. Nun sollen erst mal weitere Fliegerarten mithilfe anderer Samenarten entstehen.