Diese Mini-Drohnen brauchen weder Batterie noch Motor

Wenn kleiner werdende Elektronik keinen Platz mehr für Batterien und Motoren lässt, wird Antrieb zum Problem. Forscher:innen am MicroBioRobotic Systems (MICROBS) Lab der EPFL haben eine Lösung gefunden, die ganz ohne bewegliche Teile auskommt: Schall.

Das Prinzip dahinter kennt jeder, der schon einmal über den Hals einer leeren Flasche geblasen hat. Die eingeschlossene Luft schwingt bei einer bestimmten Frequenz besonders stark und erzeugt den charakteristischen Ton. Physiker:innen nennen dieses Phänomen Helmholtz-Resonanz. Das Team um Laborleiter Selman Sakar baute daraus winzige Hohlkörper, sogenannte akustische Kavitäten, aus 3-D-gedrucktem Kunststoff, Gummi-ähnlichen Polymeren oder Glas.

Ein Luftstoß erzeugt Schub

Regen Schallwellen die Luft in einer Kavität an, presst sie einen konzentrierten Luftstrom nach außen, während die einströmende Luft breiter verteilt zurückkehrt. Aus diesem Ungleichgewicht entsteht Schub. Anders als bei früheren Ansätzen, bei denen Schall passive Objekte lediglich zum Schweben brachte, wandeln die EPFL-Kavitäten Umgebungsschall aktiv in mechanische Antriebskraft um.

Boote und Mikroflieger im Test

Zunächst bauten die Forscher:innen zentimetergroße Boote mit bis zu drei Kavitäten, jede auf eine andere hörbare Frequenz abgestimmt. Über einen Lautsprecher konnten sie gezielt einzelne Kavitäten aktivieren, die Boote steuern und um Hindernisse navigieren lassen.

Mit einem 3-D-Nanodruckverfahren entstanden anschließend sogenannte Mikroflieger: ultraleichte Fluggeräte mit nur 150 Mikrogramm Gewicht, angetrieben von Ultraschallfrequenzen jenseits der menschlichen Hörschwelle. Eine Variante erzeugte direkten Schub wie eine Rakete, eine andere trieb winzige Rotorblätter mit bis zu 13.000 Umdrehungen pro Minute an und erzeugte damit hubschrauberähnlichen Auftrieb.

Formveränderliche Robotik als Ziel

Weil die Technik ohne Motoren, Getriebe oder Magnete auskommt, lässt sie sich nach Angaben der Forscher:innen noch weiter miniaturisieren. Langfristig schwebt Sakar vor, mehrere klangreaktive Strukturen in ein einziges flexibles Gerät zu integrieren. Jede Struktur würde dann auf eine eigene Frequenz reagieren, sich biegen oder bewegen, sodass Roboter entstehen könnten, die auf Schall hin ihre Form verändern.

via EPFL