Forscher steuern schwimmenden ferrofluiden Quallenroboter mit Licht
Ferrofluid-Tropfen können magnetisch bewegt werden, können jedoch auch auf Licht reagieren. Forscher steuern so einen weichen, quallenartigen Roboter.
Die quallenartigen ferrofluiden Roboter werden mit einem Laser in einem Wassertank gesteuert.
(Bild: Mengmeng Sun u. a. (Screenshot))
Ein Ingenieursteam des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI IS), der Chinese University of Hong Kong und des Gwangju Institute of Science and Technology haben einen quallenartigen Roboter entwickelt, der über Ferrofluid-Tropfen mittels Licht in einem Wasserbecken angesteuert werden kann. Der Roboter kann dabei mit einem Laser so manipuliert werden, dass er sich dreidimensional im Wasser bewegen kann.
Bisher wurden Ferrofluid-Tropfen dazu genutzt, um sie über ein Magnetfeld anzusteuern. Das gelang allerdings weitgehend nur im zweidimensionalen Raum. In der Studie "Individual and collective manipulation of multifunctional bimodal droplets in three dimensions", die in Science Advances erschienen ist, zeigen die beteiligten Forschungsinstitute erstmals, dass Ferrofluid-Tropfen auch mittels Licht manipuliert werden können. Die Forscher nutzen eine kombinierte bimodale Aktivierungsstrategie, um einzelne Tropfen und Tröpfchenkollektive dreidimensional anzusteuern und damit ausgestattete Roboter im Wasser zu bewegen.
Ferrofluid-Tropfen bestehen aus magnetischen Partikeln, die durch Eintauchen in Öltropfen hergestellt werden. Sie können etwa über eine flache Oberfläche bewegt werden, sobald ein Magnet unter ihnen durchgezogen wird. Die Tröpfchen haben jedoch noch eine weitere Eigenschaft: Werden sie erhitzt, dehnen sich die in ihnen enthaltenen Blasen aus. Dadurch bekommen die Tropfen mehr Volumen und erhalten im Wasser Auftrieb.
Ferrofluid-Tropfen mit Laser steuern
Die Forscher stellten für ihren ferrofluiden Quallenroboter zunächst Ferrofluid-Tröpfchen her, die sie in einen Wassertank gaben. Mit einem magnetischen Feld induzierten die Forscher eine magnetische Dipolkraft, um die Tröpfchen zu einem Kollektiv zusammenzuschließen. Dieses bestrahlten die Forscher mit einem Laser, der genug Energie liefert, um sie im Verhältnis zur Wassertemperatur zu erwärmen und damit zum Auftrieb zu bewegen. Mit dem Laser konnten die Wissenschaftler die Tröpfchen so manipulieren, dass sie sich kollektiv kontrolliert durch ein Labyrinth steuern ließen. Vorausgegangene Experimente mit einer herkömmlichen Lichtquelle konnten das Tröpfchenkollektiv zwar zum Aufsteigen und bei Wegnahme des Lichts zum Absteigen bewegen, ließen jedoch keine genaue Kontrolle zu, sodass sich die Forscher für einen Laser zur Ansteuerung entschieden.
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Die Tröpfchen können mit einer Wasserstoffhülle umschlossen werden und bilden dann eine Art quallenartigen, weichen Roboter. Solche Roboter seien in der Lage, kleinere Nutzlasten zu transportieren. Sie könnten deshalb dazu verwendet werden, etwa Medikamente im menschlichen Körper von einer optischen Lichtquelle gesteuert an die gewünschte Stelle zu transportieren. Die Forscher wollen nun untersuchen, welche Anwendungsbereiche die Technik noch bietet.
(olb)