29.05.2024

Bewegliche Bauteile im Miniaturformat

Mini-Antriebe können aus einem Silizium-Chip und Flüssigkeitstropfen bestehen.

Viele technische Bauteile sind im Lauf der Jahre immer kleiner geworden. Die Miniaturi­sierung kommt jedoch an Grenzen, wenn winzige Systeme sich aktiv bewegen sollen, denn herkömmliche elektro­magnetische Motoren werden im Kleinstformat ineffizient. Forschende vom Lehrstuhl für Mikrosystem­technik der Ruhr-Universität Bochum lassen sich daher besondere Tricks einfallen, um Bauteile in Bewegung zu bringen. Ihre Systeme werden durch die elektro­statische Kraft angetrieben. Anwendungen reichen von Mess­instrumenten für die Grundlagen­forschung an lebenden Zellen bis hin zum Bau von kompakten Radar­systemen.

Abb.: Auf einem Silizium-Wafer werden bewegliche Antriebe mit Methoden der...
Abb.: Auf einem Silizium-Wafer werden bewegliche Antriebe mit Methoden der Mikrochip-Produktion gefertigt.
Quelle: Kramer, RUB

Mit Standard­methoden aus der Mikrochip-Produktion fertigt das Bochumer Team um Martin Hoffmann Mini-Antriebe, die beispielsweise aus einem Silizium-Chip und Flüssigkeits­tropfen bestehen. Indem die Forschenden eine Spannung anlegen, wird eine elektrostatische Kraft erzeugt, die die Tropfen zielgerichtet ins Rollen bringt. „Nur die Wasserkugeln zu bewegen ist aber nichts Besonderes“, meint Martin Hoffmann. „Das kann man schon lange. Wir wollen die Tropfen als Rollen verwenden, um damit winzige Objekte zu trans­portieren oder präzise auszurichten.“ 

Dass das prinzipiell geht, haben die Bochumer Inge­nieurinnen und Ingenieure schon gezeigt. Sie befestigten eine quadratische Platte auf vier Wassertropfen und konnten damit einen rollenden Mini-Tisch erzeugen. „Die Unterseite der Platte müssen wir dazu mit einer wasser­abweisenden Schicht versehen, die das Benetzen verhindert“, erklärt Hoffmann. „Nur an den vier Eckpunkten gibt es Stellen, an denen das Wasser an der Platte haftet.“ So werden die Rollen an der Platte gelagert.

Nun will Hoffmanns Gruppe dieses Konzept weiter ausbauen und unter anderem ein drei­dimensionales System erzeugen, in dem die Tropfen durch eine Art Hochregallager fahren. So könnte man ein winziges Zoom-Objektiv bauen, in dem der Tropfen die Linse wäre, die sich sowohl verformen als auch in unter­schiedliche Positionen bewegen ließe. Bewegliche Systeme lassen sich aber auch ohne Flüssigkeiten, nur aus Silizium-Strukturen fertigen. Sein Team nutzt die Technik beispiels­weise, um eine kompakte Radar­antenne ohne große Schüssel zu entwickeln oder um ein System zu bauen, mit dem man das Verhalten von lebenden Zellen unter Druck analysieren kann.

RUB / JOL

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