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Faszination Technik Wie Wassertropfen dank Elektrostatik zum Mini-Antrieb werden

Quelle: Rubin – Ruhr-Universität Bochum 2 min Lesedauer

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: wie Bauteile im Miniaturformat effizient bewegt werden können.

Winzige Flüssigkeitstropfen lassen sich auf einem Silizium-Untergrund durch die elektrostatische Kraft bewegen. Im Vergleich zu Systemen, die mit Federn arbeiten, erlaubt die Tropfentechnik Bewegungen in alle Richtungen und über beliebige Distanzen.(Bild: RUB - Harald Austenfeld)
Winzige Flüssigkeitstropfen lassen sich auf einem Silizium-Untergrund durch die elektrostatische Kraft bewegen. Im Vergleich zu Systemen, die mit Federn arbeiten, erlaubt die Tropfentechnik Bewegungen in alle Richtungen und über beliebige Distanzen.
(Bild: RUB - Harald Austenfeld)

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 kompakter Radarsysteme.

Wir wollen die Tropfen als Rollen verwenden, um damit winzige Objekte zu transportieren oder präzise auszurichten.

Prof. Dr. Martin Hoffmann

Mit Standardmethoden aus der Mikrochip-Produktion fertigt das Bochumer Team um Prof. Dr. Martin Hoffmann Miniantriebe, 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.

Rollender Minitisch schon realisiert

„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 Ingenieure schon gezeigt. Sie befestigten eine quadratische Platte auf vier Wassertropfen und konnten damit einen rollenden Minitisch 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.

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“. 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.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal konstruktionspraxis erschienen.

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