Minidrohnen mit Lichtantrieb

Die meisten Flugdrohnen haben vier Propeller und lassen sich so mühelos in alle Richtungen steuern. Für winzige, nur wenige Mikrometer große Objekte sind aber selbst die kleinsten Versionen dieser Motoren noch viel zu groß. Eine Arbeitsgruppe fand mit einem Lichtantrieb nun eine mögliche Alternative. In der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ berichten die Wissenschaftler, wie sie winzige Mikrodrohnen entwickelten, die sich mit Licht durch eine Flüssigkeit steuern ließen.

Die winzigen Drohnen stellte die Forschungsgruppe um Bert Hecht von der Universität Würzburg aus dünnen, nur wenige Mikrometer großen Kunststoffscheiben her. Diese Scheiben versahen sie mit hauchdünnen, maßgeschneiderten Goldflocken. Diese Goldstrukturen dienten als einzelne Motoren, die sich durch Lichtstrahlen ansteuern ließen und die Drohne – analog zu den Propellern einer Flugdrohne – antrieben.

Modell einer Mikrodrohne

Trifft das Licht auf die Goldstrukturen, die als sogenannte optische Antennen dienen, wird es dort absorbiert oder gestreut. Daraufhin strahlen die Antennen wieder Licht ab und erzeugen dadurch einen kleinen Impuls. Dieser genügt, um die Kunststoffscheiben in Bewegung zu versetzen. Als Lichtquellen verwendeten die Forscher infrarot strahlende Laser mit Wellenlängen von 830 und 980 Nanometern. Zudem variierten die Forscher noch eine weitere Eigenschaft der Lichtstrahlen: ihre zirkulare Polarisation.

Für jede der vier möglichen Kombinationen aus Wellenlänge und zirkularer Polarisation der Laserstrahlen reagierten die Goldantennen der Drohnen unterschiedlich. Die Miniaturdrohne ließ sich damit entweder um die eigene Achse drehen oder in eine beliebige Richtung lenken. So gelang es den Forschern, die Drohne in einer wässrigen Flüssigkeit gezielt anzutreiben und zu steuern. Außerdem konnten die Antennen unabhängig von der Orientierung der Drohne Licht empfangen, was sie besonders praktikabel macht.

In weiteren Versuchen wollen die Forscher die Drohnen durch zusätzliche optische Antennen nicht nur in einer Ebene, sondern in allen Richtungen im Raum kontrolliert steuern. Dann wäre die Mikrodrohne ebenso manövrierfähig wie Flugdrohnen mit Propellerantrieb. Zwar ist der Einsatz auf Wasser oder ähnliche Flüssigkeiten beschränkt – doch auch in diesem Medium gibt es zahlreiche mögliche Anwendungen: So könnten sich mit den Mikrodrohnen etwa Oberflächen analysieren oder Nanostrukturen zusammenbauen lassen.