Wissenschaft: Mikroaktor wird durch Temperatur gesteuert

Bei Wärme schnappt er zu: US-Wissenschaftler haben einen Mikroaktor gebaut, der sich die ungewöhnlichen Eigenschaften seines Baumaterials zunutze macht. Er soll unter anderem als künstlicher Muskel für Mikroroboter dienen.

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Mikroaktor: stärker als menschliche Muskelzellen
Mikroaktor: stärker als menschliche Muskelzellen (Bild: Lawrence Berkeley National Lab)

US-Forscher haben einen neuartigen Greifer im Minimaßstab geschaffen, der über Temperatur gesteuert wird: Wird er erhitzt, schnappt er zu.

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Der Greifer besteht aus Nanodrähten aus Vanadiumdioxid, auf denen eine Lage Chrom aufgebracht wird. Gesteuert wird der Aktor durch elektrischen Strom oder einen Laser. Durch den Strom oder den Lichtblitz erwärmt sich Vanadiumdioxid und zieht sich zusammen. Dadurch biegt sich der Streifen wie ein Finger. Als Temperaturunterschied reichen rund 15 Grad aus.

Vom Isolator zum Metall

Vanadiumdioxid ist ein stark korreliertes elektronisches Material. Das sind Stoffe mit ungewöhnlichen elektronischen und magnetischen Eigenschaften: Bei Temperaturen unter 67 Grad ist Vanadiumdioxid ein Isolator. Ab 67 Grad wird Vanadiumdioxid zu einem Metall.

  • 15 Grad reichen, um den Aktor zu verformen. Rechts eine Anordnung mit mehreren Aktoren. Der Balken ist 50 Mikrometer lang. (Bild: Lawrence Berkeley National Lab)
  • Der Aktor arbeitet an der Luft ebenso wie unter Wasser. (Bild: Lawrence Berkeley National Lab)
15 Grad reichen, um den Aktor zu verformen. Rechts eine Anordnung mit mehreren Aktoren. Der Balken ist 50 Mikrometer lang. (Bild: Lawrence Berkeley National Lab)

Gleichzeitig schrumpft das Material bei dem Phasenübergang in einer Dimension und dehnt sich in den beiden anderen aus. Beim Übergang schrumpfe ein 100 Mikrometer langer Vanadiumdioxid-Draht um gut 1 Mikrometer, sagt Projektleiter Junqiao Wu vom Lawrence Berkeley National Laboratory, das zum US-Energieministerium gehört.

Stärker als Muskeln

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Diese Eigenschaft haben sich die Forscher um Wu zunutze gemacht, um den Mikroaktor zu konstruieren. Laut Wu ist er effizienter und stärker als andere aktuell existierende Aktoren, wie etwa die vielfach eingesetzten piezoelektrischen Aktoren, und als die menschlichen Muskelzellen.

Anwendungen gebe es eine ganze Reihe, erklärten die Forscher in der Fachzeitschrift Nano Letters: So könne der Aktor etwa in mikroelektromechanischen Systemen eingesetzt werden, er könne als Pumpe Arzneimittel verteilen oder als künstlicher Muskel für Mikroroboter dienen.

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