ETH entwickelt die bisher kleinsten Nanomaschinen
Zum ersten Mal wechseln Objekte in ihre ursprüngliche Form zurück, die kleiner als 50 Nanometer sind. Gelungen ist das einer Mitteilung zufolge Forschenden der Gruppe für Robotik-Materialien an der ETH. In ihrer Studie demonstrieren sie den sogenannten Formgedächtniseffekt an einer etwa 20 Nanometer dünnen Schicht aus Materialien, die als ferroische Oxide bezeichnet werden. Dies ist einer Mitteilung der ETH zufolge die kleinste Probengrösse, an der jemals ein solcher Effekt beobachtet wurde.
Die von dem Team produzierten nanoskaligen Strukturen zwischen zwei verschiedenen Oxiden sind hochelastisch, belastbar und sie ermöglichen flexible Bewegungen. Übt man eine mechanische Zugkraft auf sie aus, verformen sie sich dauerhaft. Unter dem Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops kehren sie in ihre Ursprungsform zurück.
Die Oxide könnten Muskelfasern oder Teile der Wirbelsäule ersetzen, so die ETH. „Eine weitere Anwendung wären neuartige Robotiksysteme“, erklärt einer der beiden Erstautoren der Studie, Donghoo Kim. „Die mechanische Bewegung, die beim Umschalten der beiden Strukturformen entsteht, könnte zum Antrieb kleinster Motoren verwendet werden.“ Auch ein Einsatz in flexibler Elektronik und Soft Robotics sei denkbar.
In einer weiteren Studie konnte das Team solche freistehenden Oxid-Strukturen so weiterentwickeln, dass sich ihre magnetoelektrischen Eigenschaften genau kontrollieren und einstellen lassen. Solche Formgedächtnisoxide könnten etwa zur Herstellung von Nanorobotern verwendet werden. Diese liessen sich laut Studienleiter Prof. Salvador Pané nutzen, „um Zellen innerhalb des Körpers elektrisch zu stimulieren, beispielsweise um Nervenzellen im Gehirn zu aktivieren, für Herztherapien oder um die Knochenheilung zu beschleunigen“. mm
