Man könnte denken, das Hauptproblem bei kleinen Robotern ist ihre Winzigkeit. Aber das ist nicht die größte Herausforderung. Denn die Technologie zur Herstellung von mikroskopisch kleinen Geräten wurde schon für andere Anwendungen entwickelt, zum Beispiel zur Produktion von winzigen Schaltkreisen und Sensoren. Tatsächlich ist das größte Problem, dass auf kleinen Skalen andere Naturgesetze wichtig sind und die Fortbewegung der Roboter daher ihrer Größe und Umgebung angepasst werden muss. Unsere zweibeinige Bewegung ist stark von der Gravitationskraft geprägt. Kleine, leichte Objekte werden dagegen mehr von Reibung, Oberflächenstrukturen, Wind oder Strömungen in Flüssigkeiten beeinflusst.
Es gibt noch einen anderen Grund, wieso man nicht einfach das Design von großen Robotern auf kleine übertragen kann. Damit die Winzlinge ihre Aufgabe erfüllen können, werden sie in großen Mengen gebraucht. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass Roboter von der Größe einer Zelle ein Medikament zu einem Krebstumor bringen sollen. Ein Tumor hat typischerweise ein paar hundert Millionen Zellen. Man braucht also sehr viele Roboter – und das heißt, man muss sie schnell, einfach und billig produzieren können.
In den letzten Jahren hat sich in diesem Forschungsbereich enorm viel getan. Eine Gruppe vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart veröffentlichte 2018 die Ergebnisse ihrer Arbeit an einer ganz neuen Art von Robotern. Es handelt sich dabei eigentlich nur um einen dünnen elastischen Silikonstreifen, der einige Millimeter lang ist und dem ein magnetisches Material beigemischt ist. In einem magnetischen Feld kann der Roboter hüpfen, rollen und sogar kleine Objekte transportieren. Die Forscher sagen, sie hätten sich beim Design von Würmern, Raupen und Quallen inspirieren lassen. Das magnetische Feld, das sie benutzen, hat eine Stärke von etwa zehn Millitesla. Das ist rund ein Tausendstel der Feldstärke, die in der Magnetresonanztomographie verwendet wird – also stark, aber nicht superstark.
Vor zwei Jahren haben Wissenschaftler in den USA einen Roboter entwickelt, der noch kleiner ist: weniger als ein zehntel Millimeter. Dieser Roboter besteht aus einer kleinen rechteckigen Platte mit einer Solarzelle und vier beweglichen Beinchen an den Ecken der Platte. Er kann mit Licht gesteuert werden. Solche Roboter können ähnlich wie Mikrochips hergestellt werden und sind daher für die Massenproduktion geeignet. Die Gruppe schätzt, dass man für einen US-Dollar etwa 1000 solcher Roboter produzieren könnte, jeder mit einer Uhr, Sensoren und einem programmierbaren Schaltkreis. Die Forscher haben auch demonstriert, dass ihre Roboter klein genug sind, um mit einer Spritze aufgezogen zu werden.
Allerdings gibt es im menschlichen Körper nicht genug Licht, um solche Roboter zu lenken. Für die Steuerung bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten: entweder extern, etwa mit Magnetfeldern, Ultraschall oder Lichtsignalen – oder mit einem eingebauten Selbstantrieb. Wie ein solcher Selbstantrieb für winzige Roboter funktionieren könnte, haben zwei Japaner 2019 gezeigt. Ihr Roboter hat einen Kanal in der Mitte, durch den organische Moleküle geschleust werden, was einen Rückstoß erzeugt und den Roboter vorwärtsbewegt. Der Roboter nutzt also Energiequellen aus dem biochemischen Umfeld des Körpers. Sehr clever!
