Grundlagenforschung aus Würzburg Lichtmotoren steuern Minidrohnen durch die Blutbahn
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21. April 2022, 17:06 Uhr
Sie sind nur mikrometergroß und werden mit Licht angetrieben: winzige Drohnen, die blitzschnell beschleunigen und präzise gesteuert werden können. Noch ist es Grundlagenforschung. Künftig könnten sie aber in der Medizin zum Einsatz kommen.
Entwickelt wurden die Mikrodrohnen an der Universität Würzburg in der Arbeitsgruppe von Prof. Bert Hecht. Daran beteiligt war auch der Postdoc Xiaofei Wu, der inzwischen am Jenaer Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) forscht. Das Besondere bei diesen winzigen Drohnen: Sie werden mit Licht angetrieben und zwar über die optischen Rückstoßkräfte – ähnlich wie bei einem Kometenschweif, der durch den Druck des Lichts von der Sonne weg zeigt. Dennoch können sie präzise gesteuert werden, was bei solchen Miniobjekten normalerweise extrem schwierig ist.
Künftig sollen auch Werkzeuge angebracht werden können
Die Forschenden haben sich dafür ein Beispiel an gewöhnlichen Flug-Drohnen genommen, bei denen vier unabhängige Rotoren eine vollständige Kontrolle der Bewegungen ermöglichen. Statt der Rotoren sind in der transparenten Polymerscheibe von 2,5 Mikrometer Durchmesser bis zu vier Lichtmotoren aus Gold eingebettet. Damit können die Mikrodrohnen so genau manövriert werden, dass sich mit ihnen auch beispielsweise Oberflächen mit Nanometerpräzision analysieren lassen oder sie in der reproduktiven Medizin eingesetzt werden können. Dazu sind in einer Scheibe von 2,5 Mikrometer Durchmesser bis zu vier Lichtmotoren aus Gold eingebettet.
"Diese Motoren basieren auf in Würzburg entwickelten optischen Antennen – also auf winzigen metallischen Strukturen mit Abmessungen im Bereich der Lichtwellenlänge", erklärt Xiaofei Wu. Mit diesen speziellen Antennen könnten die Motoren unabhängig von der Orientierung der Drohne das Licht empfangen, so der Forscher. Dies sei entscheidend für ihre Anwendbarkeit. In einem weiteren Schritt wird die empfangene Lichtenergie dann vom Lichtmotor in eine bestimmte Richtung abgestrahlt. Nur so können die Mikrodrohnen auch so präzise gesteuert werden – und dank ihrer geringen Ausmaße auch extreme Beschleunigungen erreichen.
Nun soll in weiteren Experimenten noch eine Rückkopplungsschleife in die Drohnensteuerung eingebaut werden. Damit könnten sie auf externe Einflüsse reagieren. Dazu soll demnächst auch die Höhe der Drohnen über der Oberfläche (ewta in einem Blutgefäß) steuerbar sein. Und schließlich, so hoffen die Würzburger Forschenden, sollen irgendwann auch mal Werkzeuge an den Minidrohnen angebracht werden können.
pm/cdi
