3D-gedruckte Robotermotte züchtet UV-Sensoren mit ihrem eigenen künstlichen Blut

Chemische Synthese in mikrofluidischen Kanälen

Roboter arbeiten in der Regel mit einer festen Hardwarekonfiguration, die bei der Montage festgelegt wird. Um diese Einschränkung zu überwinden, entwarfen Forschende der Universität Tartu und des Italienischen Instituts für Technologie (IIT) ein Gerät im Insektenmaßstab, das zu In-situ-Materialsynthese fähig ist, wie New Atlas berichtet. Der mottenähnliche Körper wird im 3D-Druck aus transparentem Kunststoff hergestellt, in den winzige fluidische Kanäle eingebettet sind.

Eine Miniatierpumpe treibt rund 3 ml (0,1 Flüssigunzen) Trägerflüssigkeit durch das gedruckte Gefäßnetzwerk. Die zirkulierende Flüssigkeit transportiert Pyrrol, ein Monomer, das etwa einen Hundertstel Millimeter in die angrenzenden Polymerwände diffundiert. Bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und einem lichtaktivierten Zusatz polymerisiert das Pyrrol zu Polypyrrol, einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, der als dunkler Fleck auf der Flügeloberfläche erscheint.

„Den Rezeptor vor Ort zu züchten bedeutet, dass die Umgebung selbst den Roboter prägen kann – basierend auf dem, was zu diesem Zeitpunkt tatsächlich passiert.“

— Kadri-Ann Pankratov, Doktorandin an der Universität Tartu

Messmechanismen und physische Reaktion

Die elektrische Detektion beruht auf vorinstallierten Leitern und nicht auf gezüchteten Schaltkreisen. Dünne Golddrähte, die beim Drucken in die Struktur integriert werden, sind direkt mit der neu entstandenen leitfähigen Stelle verbunden, wie aus der in Advanced Science veröffentlichten Studie des Teams hervorgeht, auf die New Atlas hinweist.

Wenn ultraviolette Strahlen auf den Polypyrrol-Fleck treffen, sinkt sein elektrischer Widerstand kurzzeitig. Ein integrierter Mikroprozessor registriert diesen Widerstandsabfall und löst eine Reaktion aus: Eine integrierte LED blinkt, oder ein Draht aus Nitinol, einer Formgedächtnislegierung, zieht sich zusammen und schlägt die Flügel. Tests bestätigten, dass der neu gezüchtete Sensor nach vier Monaten Lagerung seine funktionale Leitfähigkeit behielt. Da das verbleibende Monomer bei weiteren Bestrahlungen weiterreagiert, nahm die Empfindlichkeit des Sensors mit der Zeit zu, allerdings benötigt jeder Signalzyklus etwa fünf Minuten, um zum Ausgangswert zurückzukehren.

Aktuelle Grenzen und ingenieurtechnische Wege

Die experimentelle Motte bleibt ein Prototyp aus dem Labor und kann keinen freien Flug erreichen. Die Flügelbetätigung beruht derzeit auf externer Energie zum Erhitzen des Nitinoldrahts, obwohl die Forschenden vorläufige Versuche mit chemischen Reagenzien in der Flüssigkeit durchgeführt haben, um den integrierten Chip zu betreiben.

Die Betriebsgrenzen bleiben durch Physik und Nutzerkontrolle bestimmt. In den aktuellen Tests legt eine von den Forschenden platzierte physische Schablone fest, wo das Licht auf den Flügel trifft, und die Polymerisationsreaktion ist nicht umkehrbar. Die Erstautorin Kadri-Ann Pankratov deutete jedoch an, dass das fluidische Netzwerk entleert, gespült und mit alternativen Chemikalien neu befüllt werden kann. Die Forschung baut auf früheren Materialarbeiten auf, etwa dem FiloBot des IIT und autonomen Systemen der Cornell University, und weist auf künftige Systeme hin, in denen vaskuläre Kanäle sowohl der Materialzufuhr als auch der Energiespeicherung dienen, wie New Atlas dokumentiert.

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