Autonome Mikroroboter in Rekordgröße von Forschern der Universitäten Pennsylvania und Michigan vorgestellt

Forscher der University of Pennsylvania und der University of Michigan haben im Dezember 2025 die Entwicklung der weltweit kleinsten, vollständig autonomen und programmierbaren Roboter bekannt gegeben. Diese Mikroroboter messen 200 mal 300 mal 50 Mikrometer und sind damit kleiner als ein typisches Salzkorn oder die Feder einer menschlichen Haarsträhne. Diese Errungenschaft markiert einen wichtigen Fortschritt, da es sich um die ersten autonomen Systeme dieser Größenordnung handelt, die ohne externe Zuleitungen, Magnetfelder oder Fernsteuerung funktionieren. Die wissenschaftliche Untermauerung dieser Innovation wurde in den Fachzeitschriften Science Robotics und den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) detailliert dargelegt.

Die Herstellungskosten für jede einzelne Einheit werden auf etwa einen Cent geschätzt, was eine Massenproduktion mittels gängiger Halbleiterverfahren ermöglicht. Diese winzigen Einheiten sind für einen langanhaltenden Betrieb konzipiert, der sich über Monate erstrecken kann, und beziehen ihre gesamte Energie ausschließlich aus Licht, das durch integrierte LED-Quellen bereitgestellt wird. Die Bewältigung der Energiefrage gelang durch die Entwicklung von Schaltkreisen, die für extrem niedrige Spannungen optimiert sind, wodurch der Verbrauch um mehr als das Tausendfache reduziert wurde, da die mikroskopischen Solarzellen lediglich eine Leistung von 75 Nanowatt generieren. David Blaauw von der University of Michigan, bekannt für die Entwicklung des weltweit kleinsten Computers, ermöglichte diese Integration der Rechenleistung durch die Bereitstellung dieser hochgradig energieeffizienten Bordelektronik.

Die Fortbewegung dieser Mikroroboter umgeht die Prinzipien des Schwimmens durch Wasserverdrängung. Stattdessen erzeugen sie gezielte elektrische Felder, welche geladene Teilchen, sogenannte Ionen, in der umgebenden Flüssigkeit bewegen. Der daraus resultierende Widerstand der Wassermoleküle erzeugt einen gerichteten Fluss, der den Roboter vorwärts treibt – ein Prinzip, das als elektrokinetischer Antrieb bekannt ist. Durch die präzise Modulation dieser elektrischen Felder können die winzigen Maschinen ihre Richtung ändern und komplexe Flugbahnen verfolgen, wobei sie sogar koordiniertes Gruppenverhalten zeigen, welches an Fischschwärme erinnert.

Die Autonomie dieser Systeme umfasst die Fähigkeit zur Umwelterfassung, Informationsverarbeitung und Entscheidungsfindung, alles realisiert durch einen integrierten Chip, der kleiner als ein halber Millimeter ist. Die Zusammenarbeit zwischen Marc Miskin von der University of Pennsylvania und David Blaauw von der University of Michigan war entscheidend für die erfolgreiche Integration dieser Verarbeitungseinheit. Die Kommunikation mit den Forschern erfolgt über kodierte Bewegungen, vergleichbar mit dem Informationsaustausch im Bienenstock, welche spezifische Daten wie gemessene Temperatur übermitteln.

Die Forscher heben hervor, dass die Überwindung eines technischen Hindernisses, das das Feld der Robotik fast vier Jahrzehnte lang auf der Ebene unterhalb des Millimeters blockierte, ein zentraler Erfolg ist. Diese technologische Entwicklung eröffnet vielversprechende Horizonte, insbesondere im medizinischen Sektor, wo das Potenzial zur Überwachung der Gesundheit einzelner Zellen liegt, sowie in der Fertigung im Mikro-Maßstab. Die Forscher betonen, dass die Bewegung auf dieser Größenskala durch Zähflüssigkeit und Reibung dominiert wird, da die Trägheit an Bedeutung verliert, was die Notwendigkeit für neuartige Antriebsmethoden wie den elektrokinetischen Antrieb unterstreicht. Die Finanzierung für dieses Projekt wurde unter anderem durch die National Science Foundation, das Air Force Office of Scientific Research, das Army Research Office sowie die Packard- und die Sloan-Foundation sichergestellt.