Faszination Technik Ein Lichtmotor für Mikrodrohnen

Von Sandro Kipar

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: Mikrodrohnen, die mit Licht angetrieben und gesteuert werden.

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Eine künstlerische Darstellung der Mikrodrohne, wie sie mithilfe ihrer lichtgetriebenen Nanomotoren zwischen roten Blutkörperchen entlang steuert.
Eine künstlerische Darstellung der Mikrodrohne, wie sie mithilfe ihrer lichtgetriebenen Nanomotoren zwischen roten Blutkörperchen entlang steuert.
(Bild: Thorsten Feichtner)

Je kleiner ein Gerät ist, desto schwieriger wird die Ausstattung mit der passenden Technik. Kleine Kameradrohnen etwa sind vor allem sehr leicht und mit nur kleinen Rotoren ausgestattet. Doch geht die Größe des Objekts in den Mikrometerbereich, muss zu anderen Mitteln und Ideen gegriffen werden. Im Journal Nature Nanotechnology haben Würzburger Physiker um Professor Bert Hecht nun gezeigt, dass mikrometerkleine Objekte in einer wässrigen Umgebung mit Licht effizient angetrieben und präzise gesteuert werden können.

Der Schlüssel zu der neuen Technologie der Wissenschaftler sind optische Rückstoßkräfte. Wenn etwa ein Laserpointer aktiviert wird, sendet er einen gerichteten Strom von Lichtteilchen aus. Die Rückstoßkräfte merken wir Menschen allerdings nicht. Der Grund dafür ist laut den Wissenschaftlern die sehr große Masse des Laserpointers im Vergleich zu den sehr kleinen Kraftstößen, welche die Lichtteilchen beim Verlassen des Gerätes bewirken. Anders würde es sich jedoch verhalten, wenn die Masse des Laserpointers drastisch verkleinert werden würde.

Motor aus Gold

Die Forscher haben sich bei der Entwicklung ihres Lichtmotors normale Drohnen als Vorbild genommen. Diese werden in der Regel von vier Rotoren betrieben. Das ermöglicht eine sehr flexible Steuerung der Geräte. Die Würzburger Mikrodrohnen bestehen aus einer transparenten Polymerscheibe von 2,5 Mikrometer Durchmesser. Zum Vergleich: menschliches Haar hat einen Durchmesser zwischen 60 und 80 Mikrometer.

In der Polymerscheibe sind bis zu vier Lichtmotoren aus Gold eingebettet. Die Lichtmotoren basieren auf optischen Antennen, welche die Lichtenergie empfangen können. Trifft das Licht auf diese Goldstrukturen, wird es absorbiert und gestreut. Die Antennen strahlen das Licht wieder ab und es entsteht ein Impuls, der die Kunststoffscheibe in Bewegung setzen kann.

Für die Herstellung der Nanomotoren haben die Forscher Helium-Ionen zur Strukturierung von einkristallinem Gold verwendet. Der Drohnenkörper selbst wird mittels Elektronenstrahllithografie hergestellt.

Mit der Entwicklung der Mikrodrohne sind die Forscher noch nicht am Ende angelangt. Mithilfe von weiteren Experimenten soll für die Drohnensteuerung eine Rückkopplungsschleife implementiert werden, um externe Einflüsse automatisch korrigieren zu können. Die Steuermöglichkeiten sollen vervollständigt werden, damit auch die Höhe der Drohne über der Oberfläche kontrolliert werden kann. Zudem sollen Werkzeuge an der Mikrodrohne angebracht werden, um zum Beispiel Nanostrukturen zu bauen.

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