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Mikroflieger wie beim Ahorn Schwebende Chips messen Feinstaub und Viren

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Zum Größenvergleich: ein Miniflieger neben einer Ameise.

(Foto: Northwestern University/dpa)

Die Geräte sind winzig klein, kaum mit dem Auge erkennbar, und sinken langsam trudelnd zu Boden: Forscher nehmen sich Ahornsamen zum Vorbild und bauen Mikrochips, die in der Luft treiben. Dort können sie die Belastung mit Viren oder Feinstaub oder den Grad der Luftverschmutzung nach Katastrophen messen.

Inspiriert von gleitenden Pflanzensamen haben Wissenschaftler winzige elektronische Geräte entwickelt, die in der Luft treiben und nur sehr langsam zu Boden sinken. Die schwebenden Mikrochips, die nur etwa einen Millimeter klein sind, könnten künftig etwa Feinstaub und Viren in der Luft messen oder nach einem Unglück das Ausmaß der Luftverschmutzung. Ihre Daten übertragen sie in Echtzeit per Funk, wie die internationale Gruppe um John Rogers von der Northwestern University in Evanston (US-Bundesstaat Illinois) in der Fachzeitschrift "Nature" berichtet.

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Miniflieger, der mit einem Schaltkreis zur Messung der Feinstaubbelastung ausgestattet ist.

(Foto: Northwestern University/dpa)

"Im Laufe von Milliarden Jahren hat die Natur Samen mit sehr ausgeklügelter Aerodynamik entwickelt. Wir haben diese Designkonzepte ausgeliehen, angepasst und auf Plattformen mit elektronischen Schaltungen angewendet", wird Rogers in einer Mitteilung seiner Universität zitiert. Einen Großteil der Forschungszeit verwendete das Team darauf, die Flugeigenschaften verschiedener Pflanzensamen zu analysieren und in physikalische Formeln zu fassen.

Die Forscher fanden vier grundlegende Flugformen bei Samen: Gleiter wie etwa bei der Java-Gurke (Alsomitra macrocarpa), Fallschirme wie beim Löwenzahn (Taraxacum officinale), Flatterer wie beim Blauglockenbaum (Paulownia tomentosa) und Hubschrauber wie etwa bei Ahornbäumen und der Kletterpflanze Tristellateia australasiae. Bei ihrem Projekt ließen sich die Wissenschaftler vor allem von Ahorn- und Tristellateia-Samen inspirieren, die kreiselnd in der Luft treiben und dabei nur langsam zur Erde sinken.

Rogers und Kollegen schufen verschiedene Geräte in ähnlichen Designs. Dabei sind zwei bis vier Flügel, meist aber drei Flügel, um einen zentralen Bereich angeordnet. Die Elektronik wird aufgebracht, wenn das Gerät zweidimensional, also flach, ist. So können die in der Mikroelektronik üblichen Fertigungsmethoden verwendet werden.

Schicht aus Formgedächtnis-Legierung

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Dieses Gerät hat eine Spulenantenne und UV-Sensoren.

(Foto: Northwestern University/dpa)

Der Miniflieger besitzt eine Schicht aus einer Formgedächtnis-Legierung, die an einigen Stellen mit einem vorgespannten, gummiähnlichen Kunststoff verbunden ist. Wird die Vorspannung gelöst, bildet sich die dreidimensionale Form heraus.

"Wir waren in der Lage, diese Hubschrauber-Flugstrukturen in einer Größe zu bauen, die viel kleiner ist als in der Natur", betont Rogers. Bei einem Design mit vielen Löchern in der Oberfläche fällt das Gerät deutlich langsamer als der Samen, der als Vorbild diente. Während eine Schneeflocke mit etwa 250 Zentimetern pro Sekunde zum Erdboden fällt, sinkt der Mikrochip nur mit 28 Zentimetern pro Sekunde. Auf diese Weise kann das Gerät länger Daten in der Atmosphäre sammeln. Die Forscher ersannen auch eine umweltfreundliche Variante, bei der sich sämtliche Bestandteile im Regenwasser zu harmlosen Substanzen auflösen.

In einem "Nature"-Kommentar schreibt Elizabeth Farrell Helbling von der Cornell University in Ithaca (US-Bundesstaat New York), die Geräte könnten in Kombination mit komplexen integrierten Schaltkreisen dynamische Sensornetzwerke zur Überwachung der Umwelt bilden.

Quelle: ntv.de, Stefan Parsch, dpa

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