Eine Gruppe iranischer Wissenschaftler hat ein bestechend einfaches Konzept für einen mikroskopisch kleinen Roboter entwickelt, der in Flüssigkeiten schwimmen kann. Der Nano-Schwimmer besteht aus drei hintereinander angeordneten Kugeln, die durch zwei dehnbare Stäbe miteinander verbunden sind. Wenn sich diese Stäbe in genau festgelegter Weise zusammenziehen und ausdehnen, so kann sich das winzige Gerät durch eine Flüssigkeit bewegen. Darüber berichtet das Fachmagazin Physical Review E (Band 69 Artikel 062901).
Der von Ali Najafi und seinen Kollegen von der Zanjan-Universität entwickelte Nano-Schwimmer existiert zwar bisher nur auf dem Papier, stellt allerdings eine besonders elegante Lösung eines alten Problems dar: Wie kann sich ein mikroskopisch kleines Objekt effizient durch eine Flüssigkeit bewegen? Während nämlich große Objekte wie etwa Fische oder Tauscher durch einfache periodische Bewegungen oder Schläge in einer Flüssigkeit vorankommen können, funktioniert dies bei winzigen Körpern nicht mehr ? die Viskosität der Flüssigkeit macht der Fortbewegung einen Strich durch die Rechnung. Genauso wie ein Taucher in einer zähen Flüssigkeit wie Honig nur schwer vorankommen würde, kommt etwa ein Bakterium selbst in Wasser mit einfachen Schlagbewegungen nicht vom Fleck.
Die Lösung dieses Problems liegt in so genannten nicht umkehrbaren oder irreversiblen Bewegungen ? etwa der Rotation des Flagellums eines Bakteriums. Der von den iranischen Wissenschaftlern entwickelte Schwimmer setzt nun eine besonders einfache irreversible Bewegungsform zur Fortbewegung ein: Dabei ziehen sich die beiden Stäbe, die die drei Kugeln miteinander verbinden, zunächst nacheinander zusammen, um sich dann in derselben Reihenfolge wieder auszudehnen. Wie die Forscher in einer Animation zeigen, kann sich der Schwimmer auf diese Weise selbst durch viskose Flüssigkeiten fortbewegen.
Das Geheimnis dieser Bewegung liegt wahrscheinlich darin, dass die Kugeln aufgrund ihrer Trägheit an der sie umgebenden Flüssigkeit haften. Dadurch bewegt sich der Schwimmer beim Ausdehnen und Zusammenziehen wie ein Wurm durch eine Erdschicht fort. Bevor dieses Konzept in die Praxis umgesetzt werden kann, wollen die Wissenschaftler ihren Nano-Schwimmer allerdings erst noch mit einem verfeinerten Modell weiter untersuchen, das sowohl die Gravitation als auch die ungeordneten Bewegungen der Flüssigkeitsmoleküle simuliert.
Stefan Maier
