Diese winzigen Roboter, kleiner als ein Haar, können Bakterien jagen und bewegen

Die präzise Steuerung dieser winzigen Objekte war eine große Herausforderung, aber diese Nanoroboter zeigen, dass Aufgaben wie das Sammeln und Umlagern ührt werden können. Eines der größten Hindernisse ist die Energieversorgung und Steuerung kleinen Maßstab.

An der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hat ein Team unter der Leitung Lösung entwickelt, die den Rückstoß einzelner Photonen nutzt, um mikrometergroße Geräte zu bewegen, die als Mikrodrohnen bekannt sind.

Photon-Rückstoß antreibt Mikrodrohnen Diese Geräte enthalten bis zu vier plasmonische Nanoantennen, die Licht mit spezifischen Eigenschaften absorbieren und es dann in gerichteter Weise emittieren. Jedes emittierte Photon erzeugt eine winzige Rückstoßkraft, die im Prinzip dem Rückstoß beim Abfeuern eines Geschosses ähnelt.

Was die Studie zeigt

Da die Mikrodrohnen eine extrem geringe Masse haben, können selbst diese kleinen Kräfte hohe Geschwindigkeiten und eine schnelle Beschleunigung erzeugen. In dieser neuesten Arbeit reduzierten die Forscher die Größe dieser lichtbetriebenen Roboter weiter auf weniger als ein Mikrometer (etwa 0.000039 Zoll).

Ein großer Fortschritt war die Vereinfachung der Steuerung, während die photonenbasierte Antriebskraft beibehalten wurde. Das Team nutzt die Tatsache aus, dass die nanoskaligen Antennenleiter im Roboter sich natürlich mit der Polarisation des einfallenden Lichts ausrichten.

Durch die Anpassung dieser Polarisation können sie die Ausrichtung des Roboters steuern, während die Bewegung weiterhin auf Photon-Rückstoß basiert, ähnlich der Lenkung größerer Fahrzeuge.

Was die Studie zeigt

Lichtgesteuerte Lenkung und Bakterienfang „Im Wesentlichen haben wir einen lichtgetriebenen Nanoroboter entwickelt, der Bakterien aufspüren und sammeln kann“, sagt Jin Qin, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter der Studie.

„Durch die Vereinfachung des Designs haben wir eine Größe erreicht, bei der diese Roboter direkt in der mikrobiellen Welt arbeiten können – fast wie mikroskopische Reinigungsvorrichtungen.“ Diese Nanoroboter sind sehr wendig. Sie können sehr schnelle 90°-Drehungen ausführen, was es ihnen ermöglicht, große Probenbereiche systematisch und effizient zu scannen.

Sie können auch signifikante Mengen, transportieren und freisetzen. Diese Fähigkeit ermöglicht es ihnen, mikroskopische Umgebungen in kontrollierten Laboreinstellungen effektiv zu „reinigen“, indem sie Bakterien sammeln und an spezifische Orte abgeben.

Moegliche Anwendungen

Anwendungen in der mikroskopischen Reinigung und Forschung „Dies ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie Licht nicht nur zur Beobachtung der mikroskopischen Welt, sondern auch zur aktiven Gestaltung genutzt werden kann“, fügt Bert Hecht hinzu.

„Die Idee winziger Roboterreiniger mag futuristisch klingen, aber wir demonstrieren bereits die physikalischen Prinzipien, die dies möglich machen.“ Selbst beim Tragen größerer Bakteriencluster bleiben die Nanoroboter voll manövrierfähig, obwohl sie etwas langsamer sind.

Diese Haltbarkeit unterstreicht ihr Potenzial für zukünftige Anwendungen in der Mikrobiologie, biomedizinischen Forschung und der präzisen Manipulation im sehr kleinen Maßstab. Reference: "A nanoscale robotic cleaner", Carsten Buchner, Xiaofei Wu and Bert Hecht, 27 March 2026, Nature Communications.