Schwebende Chips messen Schadstoffe

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.

„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“, so Rogers. Einen Großteil der Forschungszeit verwendete das Team darauf, die Flugeigenschaften verschiedener Pflanzensamen zu analysieren und in physikalische Formeln zu fassen.

Bei ihrem Projekt ließen sich die Wissenschaftler vor allem von Samen des Ahornbaumes und der Kletterpflanze Tristellateia inspirieren, die kreiselnd in der Luft treiben und dabei nur langsam zur Erde sinken.

Rogers und seine 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.

Der Miniflieger besitzt eine Schicht aus einer FormgedächtnisLegierung, 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.