Mikroroboter kommunizieren autonom: Smartlets der TU Chemnitz

Am Forschungszentrum für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN) der Technischen Universität Chemnitz haben Forschende eine neue Generation modularer Mikroroboter entwickelt. Die „Smartlets“ sind nur einen Millimeter groß, arbeiten in wässrigen Umgebungen und können eigenständig Signale senden, empfangen und aufeinander reagieren.

Jedes Smartlet ist mit Sensoren, Aktoren, Energiesystemen und integrierter Elektronik ausgestattet. Photovoltaikzellen versorgen die Roboter mit Energie, während Mikro-LEDs und Fotodioden den Informationsaustausch ermöglichen. Prof. Oliver G. Schmidt, Direktor des Forschungszentrums MAIN, erklärt:
„Zum ersten Mal demonstrieren wir eine in sich geschlossene Mikrorobotereinheit, die nicht nur auf Reize reagiert und sich fortbewegt, sondern auch mit anderen Mikrorobotern auf programmierbare und autonome Weise interagiert.“

Die Roboter werden mithilfe eines Origami-basierten Ansatzes aus mehrschichtigen Materialien gefertigt. Dabei falten sich zunächst flache Systeme zu winzigen 3D-Würfeln, die über interne und externe Funktionen verfügen. Das ermöglicht den Einbau von Solar-Harvestern, Rechenlogik und optischer Signaltechnik in jedem einzelnen Würfel.

Im Wasser bewegen sich die Smartlets durch Gasblasen, die sie im Inneren erzeugen. Sie senden optische Signale aus, um Informationen zu übertragen. Dr. Vineeth Bandari betont:
„Die Idee, Licht sowohl als Energie als auch als Information zu nutzen, eröffnet eine kompakte und skalierbare Möglichkeit, verteilte Robotersysteme zu schaffen.“

Die Smartlets benötigen keine externen Antennen oder Magneten. Sie nutzen eine spezielle Soft-Bonding-Technik, um mikroskopisch kleine Silizium-Chiplets, sogenannte Lablets, zu integrieren. Diese Technik wurde in einem EU-Projekt entwickelt und ermöglicht die dezentrale Steuerung der Systeme.

Die Mikroroboter könnten künftig in unterschiedlichen Bereichen Anwendung finden:

• Medizinische Diagnostik: minimalinvasive Verfahren in engen biologischen Umgebungen
• Umwelttechnik: Überwachung von Wasserqualität
• Technik und Industrie: verteilte Sensornetzwerke oder autonome Inspektionssysteme

Dr. Yeji Lee ergänzt: „Wir erforschen Möglichkeiten, die Autonomie durch Hinzufügen chemischer und akustischer Sensormodule weiter auszubauen.“

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität Chemnitz