Ein Forschungsteam der Technischen Universität Chemnitz hat erstmals autonome Kommunikation und koordiniertes Verhalten von Mikrorobotern demonstriert. Die sogenannten Smartlets, entwickelt am Forschungszentrum für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen, sind nur einen Millimeter groß und können in wässrigen Umgebungen miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten. Diese Mikroroboter sind mit integrierter Elektronik, Sensoren, Aktoren und Energiesystemen ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, optische Signale zu senden und zu empfangen sowie auf Reize mit Bewegungen zu reagieren.
Im Gegensatz zu früheren Mikrorobotern, die auf externe Steuerungssysteme angewiesen waren, werden Smartlets durch Photovoltaikzellen mit Strom versorgt und von Mikrochips gesteuert. Sie nutzen Mikro-LEDs und Fotodioden für die optische Kommunikation. Die Herstellung basiert auf einem Origami-inspirierten Ansatz, bei dem flache, mehrschichtige Materialien sich zu einem hohlen 3D-Würfel falten. Dieser bietet Platz für Solarenergie-Harvester, Rechenlogik und optische Signalsysteme. Im Wasser bewegen sich die Smartlets durch Auftriebskräfte, die von blasenbildenden Motoren erzeugt werden, und können Signale austauschen, um koordinierte Bewegungen oder Verhaltensweisen auszulösen.Eine zentrale Innovation ist die drahtlose Kommunikationsschleife, die ohne externe Kameras, Magnete oder Antennen auskommt. Optische Nachrichten werden lokal durch programmierte Logik auf Mikrochips verarbeitet. Die Smartlets integrieren maßgeschneiderte Silizium-Chiplets, die in einem früheren EU-Projekt entwickelt wurden. Dies ermöglicht dezentrale Steuerung und Zusammenarbeit, was die Grundlage für koordinierte Roboter-Kollektive bildet.
Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von der Überwachung der Wasserqualität über minimalinvasive medizinische Diagnosen bis hin zur Untersuchung biologischer Umgebungen. Die Smartlets könnten in der Soft-Robotik, bei autonomen Inspektionssystemen oder in Sensornetzwerken eingesetzt werden. Das Forschungsteam plant, die Autonomie durch chemische und akustische Sensormodule zu erweitern, um multifunktionale Plattformen zu schaffen. Langfristig könnten Smartlets dynamische Systeme bilden, die wie koloniale Organismen spezialisierte Funktionen übernehmen und ein kollektives robotisches System darstellen. Das Chemnitzer Team legt damit den Grundstein für zukünftige Mikroroboter, die selbstständig handeln und sich in größeren Verbünden organisieren könnten.
Originalpublikation
Si chiplet–controlled 3D modular microrobots with smart communication in natural aqueous environments, Yeji Lee, Vineeth K. Bandari, John S. McCaskill, Pranathi Adluri, Daniil Karnaushenko, Dmitriy D. Karnaushenko, Oliver G. Schmidt, Science Robotics (20 Aug 2025) DOI: https://doi.org/10.1126/scirobotics.adu6007
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