Forschende der ETH Lausanne lassen Mikrodrohnen mit Schall statt Motor fliegen

Ein Team am Labor für Micro-Biorobotic-Systeme der ETH Lausanne hat Mikrodrohnen entwickelt, die ohne Motor, Batterie und Elektronik abheben. Angetrieben werden sie von Schallwellen.

Das Prinzip beruht auf der Helmholtz-Resonanz, die auch beim Blasen über die Flaschenöffnung entsteht. Die Forschenden haben es mit sogenannten Resonatoren nachgebildet, die wie kleine Ampullen aussehen. Ihre Form bestimmt, bei welchem Ton die Luft im Innern zu vibrieren beginnt. Dabei wird die Luft aus der Öffnung gedrückt, und die Struktur bewegt sich in die Gegenrichtung, ähnlich wie eine Rakete. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift «Science Advances» vorgestellt.

Das Team baute zwei Typen von Mikrofluggeräten. Das erste vereint drei Resonatoren auf einer ultraleichten Struktur und wiegt rund 150 Mikrogramm. Die nach unten gerichteten Öffnungen erzeugen den Schub, der es anhebt. Das zweite wiegt 184 Mikrogramm und setzt die Resonatoren ein, um einen Rotor mit kleinen Flügeln anzutreiben, der bis zu 13'000 Umdrehungen pro Minute erreicht. Die Energie liefert ein externes Gerät, das Ultraschall mit 40'000 Hertz erzeugt, also oberhalb der menschlichen Hörschwelle. Auf Batterie kann deshalb verzichtet werden, die Energie wird vom akustischen Feld auf das Fluggerät übertragen.

Laut Labordirektor Selman Sakar liegt das vielversprechendste Anwendungsgebiet in der Medizin. Denkbar seien winzige Strukturen als Medikamententräger, die geschluckt oder injiziert und dann mit Schallwellen gesteuert werden. Bisher wurden schallgesteuerte Mikroroboter vor allem in Flüssigkeiten wie Blutgefässen untersucht. Die Roboter der EPFL funktionieren dagegen in der Luft, was Perspektiven etwa in der Lunge eröffnet. Der Einsatz bei Patienten liege noch in weiter Ferne, doch es bestehen bereits Kooperationen mit den Universitätsspitälern Genf und Lausanne.

Bisher wurden das Abheben und Schweben nur unter Laborbedingungen beobachtet. Das getestete System arbeitet mit einer einzigen Frequenz und bietet nur begrenzte Manövriermöglichkeiten. Damit die Objekte entlang komplexer Routen gesteuert werden können, sind weitere Entwicklungen nötig.

Quellen

Tages-Anzeiger: Forschung in Lausanne: Diese Mikrodrohnen heben ohne Motor, Akku oder Elektronik ab

SRF News: Innovation in der Medizin – Winzige Drohnen fliegen dank Ultraschall durch den Körper

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