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.
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