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Filigrane Inspiratoren

Schmetterlings-Know-how treibt Roboter der Zukunft an

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Universität Stuttgart

Mit Rasierklinge und Magnetimpuls

Per feiner Rasierklinge werden die Schichten dann kontrolliert vom Trägersubstrat abgelöst. Die Rasierklinge übernimmt dabei eine ähnliche Funktion wie ein Hobel, wie die Stuttgarter erklären. Denn die biegt die Schicht kontinuierlich, sodass sie sich innerhalb weniger Sekunden zu einer Mikrorolle aufwickelt. Nähert sich der aufgerollten Schicht dann ein Magnet, entrollt sie sich wieder sekundenschnell. Anders als man es von konventionellen Keramiken aber gewohnt ist, sind solch dünne Keramikschichten nicht spröde sondern elastisch (das kennt man ja im Prinzip auch von Glasfasern im Vergleich zu Glasstäben). Möglich werde das durch das bio-inspirierte Design der keramischen Nano- und Mikrostruktur. Deren hierarchische Architektur verleihe dem Material seine gute Flexibilität, ohne dessen Stabilität zu beeinträchtigen.

Mikrorollen mit überraschender „Muskelkraft“

Die Experten haben dabei wenige Mikrometer breite Rollen hergestellt, die aufgewickelt nur einige hundert Mikrometer Durchmesser haben, wie betont wird. Abgerollt sind sie aber bis zu 25 Millimeter lang. In Experimenten erweisen sich diese Keramikollen als sehr widerstandsfähig! Denn selbst nach 5.000 Zyklen funktionierten sie noch tadellos, präzisieren die Forscher. Die keramischen Mikrorollen sind demnach in der Lage, über das 30-Fache ihres eigenen Gewichts zu bewegen. Burghard: „Wir können die Mikrorollen auch flächig als programmierbare Matrix anordnen. Dann arbeiten mehrere Rollen simultan und koordiniert zusammen, um zum Beispiel das Anheben, Verschieben oder Bearbeiten eines Mikroobjekts möglich zu machen!“

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Der keramische Mikroroboter-Antrieb ist nur der Startpunkt

Dieser Antrieb ist für die Wissenschaftlerin aber nur ein erster Beginn: „Die eigentliche Innovation ist die Technologieplattform! Wir wollen mit ihr künftig sowohl organische als auch anorganische magnetisch steuerbare Mikrorollen aus dünnen Schichten herstellen.“ Außer für die Robotik wären solche programmierbaren Mikrosysteme nämlich auch für Elektronik, Sensorik, Energiespeicher und weitere multifunktionelle Mikrosysteme für verschiedene Anwendungsfälle interessant.

Die Forschungsarbeiten an den Mikrorollen begannen im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts unter der Leitung von Burghard. In diesem Rahmen entstand 2023 die Masterarbeit von Semi Kim, deren experimentelle Ergebnisse die Grundlage der nun veröffentlichten Studie bildeten. Anschließend wurde der Ansatz vom Forschungsteam umfassend weiterentwickelt.

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