Hinweis: Das Beitragsbild wurde mit künstlicher Intelligenz erzeugt.
Mikrodrohnen ohne Elektronik, ohne Akku, ohne Motor: Ingenieure der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben Fluggeräte entwickelt, die lediglich 150 Mikrogramm wiegen. Das entspricht dem Gewicht eines Sandkorns. Angetrieben werden sie allein durch Schallwellen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Das physikalische Prinzip hinter dem Antrieb
Die Grundlage ist die sogenannte Helmholtz-Resonanz. Strömt Luft über eine Öffnung in einen Hohlraum, beginnt die eingeschlossene Luft bei bestimmten Frequenzen zu schwingen. Das Prinzip ist vergleichbar mit dem Pusten über einen Flaschenhals.
Das EPFL-Team hat diesen Effekt genutzt, um Schub zu erzeugen. Die Forscher entwickelten hohle, runde oder glockenförmige Mikrostrukturen. Werden diese mit Schallwellen passender Frequenz angeregt, drückt die schwingende Luft im Inneren als konzentrierter Strahl nach außen. Der einströmende Luftstrom bleibt dagegen diffus. Dieser Unterschied erzeugt Vortrieb.
Laborleiter Selman Sakar beschreibt das Vorgehen so: Das Team hat keine Objekte passiv durch Schall schweben lassen, sondern akustische Resonatoren so abgestimmt, dass sie gerichteten Schub und kontrollierte Bewegung erzeugen.
Herstellung per 3D-Nanodruck
Die Hohlkörper lassen sich aus verschiedenen Materialien fertigen. Das EPFL-Team nutzte gängige 3D-Druckkunststoffe, gummiartige Polymere und Glas. Für die Mikrodrohnen kam eine 3D-Nanodrucktechnik zum Einsatz, die Strukturen in dieser Miniaturisierung ermöglicht.
Als Zwischenschritt bauten die Forscher winzige Boote mit bis zu drei Hohlräumen. Jeder Hohlraum ist auf eine andere hörbare Frequenz abgestimmt und anders ausgerichtet. Durch Wechsel der Schallfrequenz aus einem Lautsprecher lassen sich einzelne Hohlräume gezielt aktivieren. So konnten die Boote um Hindernisse navigiert werden.
Mögliche Einsatzfelder in Industrie und Medizin
Rohrinspektionen ohne Kabelaufwand
Ein gezieltes künstliches Schallfeld könnte winzige Drohnen durch enge Rohrleitungen lenken. Dort könnten sie Risse oder Materialfehler aufspüren, die mit herkömmlichen Inspektionsmethoden schwer zugänglich sind. Für Betreiber von Prozessanlagen, Pipelines oder Wärmetauschern wäre das ein relevanter Ansatz.
Medizintechnik und Analytik
Die Forscher nennen außerdem den Einsatz in lebenden Organismen für minimalinvasive Untersuchungen. Das ist ein langfristiger Ausblick. Die Forschung befindet sich noch im frühen Stadium.
Kein Akku, kein Motor
Der Verzicht auf Akku und Motor reduziert das Gewicht drastisch. Energie muss weder an Bord gespeichert noch erzeugt werden. Die Geräte sind damit wartungsarm und unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen. In Umgebungen, in denen Elektronik unerwünscht oder unzuverlässig ist, kann das ein Vorteil sein.
Forschungsstand und Zeithorizont
Die Technologie ist noch nicht praxisreif. Das EPFL-Team hat Grundlagenprinzipien demonstriert, keine serienreifen Produkte. Die Steuerung funktioniert über externe Schallquellen, deren Reichweite und Präzision unter realen Bedingungen noch nicht erprobt ist.
Verglichen mit anderen Miniaturflugtechniken hat der akustische Antrieb laut den Forschern eine hohe Variabilität bei der Steuerung. Das unterscheidet ihn von rein passiven Verfahren, bei denen Objekte lediglich in einem Schallfeld gehalten werden.
Die EPFL-Entwicklung zeigt, dass Antriebskonzepte jenseits von Elektromotoren und Akkus technisch machbar sind. Bis zur industriellen Anwendung ist es noch ein weiter Weg. Die Grundlage ist wissenschaftlich dokumentiert.
