Bewegliche Bauteile im Miniaturformat

Viele technische Bauteile sind im Lauf der Jahre immer kleiner geworden. Die Miniaturisierung kommt jedoch an Grenzen, wenn winzige Systeme sich aktiv bewegen sollen, denn herkömmliche elektromagnetische Motoren werden im Kleinstformat ineffizient. Forschende vom Lehrstuhl für Mikrosystemtechnik der Ruhr-Universität Bochum lassen sich daher besondere Tricks einfallen, um Bauteile in Bewegung zu bringen. Ihre Systeme werden durch die elektrostatische Kraft angetrieben. Anwendungen reichen von Messinstrumenten für die Grundlagenforschung an lebenden Zellen bis hin zum Bau von kompakten Radarsystemen. Das Wissenschaftsmagazin Rubin der Ruhr-Universität Bochum berichtet über die Entwicklungen.

Auf einer dünnen Scheibe aus Silizium, einem sogenannten Wafer, werden bewegliche Antriebe mit Methoden der Mikrochip-Produktion im „ForLab Bochum“ gefertigt. (c) RUB, Kramer

Mit Standardmethoden aus der Mikrochip-Produktion fertigt das Bochumer Team um Prof. Dr. Martin Hoffmann Mini-Antriebe, die beispielsweise aus einem Silizium-Chip und Flüssigkeitstropfen bestehen. Indem die Forschenden eine Spannung anlegen, wird eine elektrostatische Kraft erzeugt, die die Tropfen zielgerichtet ins Rollen bringt.

„Nur die Wasserkugeln zu bewegen ist aber nichts Besonderes“, meint Martin Hoffmann. „Das kann man schon lange. Wir wollen die Tropfen als Rollen verwenden, um damit winzige Objekte zu transportieren oder präzise auszurichten.“ Dass das prinzipiell geht, haben die Bochumer Ingenieurinnen und Ingenieure schon gezeigt. Sie befestigten eine quadratische Platte auf vier Wassertropfen und konnten damit einen rollenden Mini-Tisch erzeugen. „Die Unterseite der Platte müssen wir dazu mit einer wasserabweisenden Schicht versehen, die das Benetzen verhindert“, erklärt Hoffmann. „Nur an den vier Eckpunkten gibt es Stellen, an denen das Wasser an der Platte haftet.“ So werden die Rollen an der Platte gelagert.

Winziges Zoom-Objektiv geplant

Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft will Hoffmanns Gruppe dieses Konzept nun weiter ausbauen und unter anderem ein dreidimensionales System erzeugen, in dem die Tropfen durch eine Art Hochregallager fahren. So könnte man ein winziges Zoom-Objektiv bauen, in dem der Tropfen die Linse wäre, die sich sowohl verformen als auch in unterschiedliche Positionen bewegen ließe.

Ausführlicher Artikel im Wissenschaftsmagazin Rubin

Bewegliche Systeme lassen sich aber auch ohne Flüssigkeiten, nur aus Silizium-Strukturen fertigen. Wie das geht, erzählt Martin Hoffman in einem ausführlichen Artikel im Wissenschaftsmagazin Rubin mit dem Schwerpunkt „In Bewegung“ unter https://news.rub.de/wissenschaft/2024-05-16-mikrosystemtechnik-tropfenballett-im…. Sein Team nutzt die Technik beispielsweise, um eine kompakte Radarantenne ohne große Schüssel zu entwickeln oder um ein System zu bauen, mit dem man das Verhalten von lebenden Zellen unter Druck analysieren kann.

Für redaktionelle Zwecke dürfen die Texte auf der Rubin-Webseite unter Angabe der Quelle „Rubin – Ruhr-Universität Bochum“ sowie Bilder aus dem Downloadbereich unter Angabe des Copyrights und Beachtung der Nutzungsbedingungen honorarfrei verwendet werden.

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Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Martin Hoffmann
Mikrosystemtechnik
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 27700
E-Mail: martin.hoffmann-mst@rub.de

https://news.rub.de/wissenschaft/2024-05-27-mikrosystemtechnik-tropfenballett-im-miniaturwunderland