c't 20/2019
S. 36
News
Mikromagneteffekt, Bitcoin-Technik

Kleinster Beschleunigungssensor der Welt

Ein internationales Forscherteam hat einen G-Sensor auf Graphen-Basis entwickelt, der mit einem Bruchteil der Größe bisheriger Mikro-Beschleunigungssensoren auskommt.

Der neue Nano-Bewegungssensor umfasst selbst mit Anschlüssen nur 350 Mikrometer × 500 Mikrometer. Bild: KTH

Der neuartige Sensor benötigt eine Fläche von nur 60 Mikrometer × 80 Mikrometer. Das nanoelektromechanische System (NEMS) schlägt bei Beschleunigungen ab 1 g sicher an, wie die beteiligten Forscher an der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) Stockholm, an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen und beim Aachener Nanospezialisten AMO belegen. Damit sei die Technik ebenso empfindlich und zuverlässig wie bisherige mikroelektromechanische Systeme (MEMS).

Die erforderlichen Komponenten konnten die Forscher durch den Einsatz von Graphen verkleinern. Entscheidend ist, dass Graphen wegen seiner zweidimensionalen Gitterstruktur bereits in der Dicke von nur einer Atomlage hoch leitend ist, wie KTH-Doktorand Xuge Fan erklärt. Zudem weise Graphen einen piezoresistiven Effekt auf, das Material verändert also seinen Widerstand bei Druck oder Dehnung. Dafür nutzt der neue Sensor eine Silizium-Schwungmasse von 20 Mikrometer × 20 Mikrometer × 16,4 Mikrometer. Diese staucht oder dehnt einen Graphenstreifen in einer Richtung und verändert so bei Bewegungsänderungen dessen elektrischen Widerstand.

Als Nächstes wollen die Forscher daran arbeiten, den Herstellungsprozess ihrer Sensoren auf eine industrielle Serienfertigung umzustellen. Die winzigen Beschleunigungssensoren könnten in Smartphones die Navigation verbessern und ebenso das Mobile Gaming. In Fitness-Trackern könnten die Sensoren als Schrittzähler dienen und bei ihrer Größe könnten sie sogar kleinste Bewegungen direkt im menschlichen Körper beobachten, beispielsweise bei der Überwachung des Herzens. (agr@ct.de)

Getunte Mäuse sehen Infrarot

Ganz ohne Nachtsichtgeräte, sondern einfach mit Nanopartikeln ist es gelungen, Mäusen Sehfähigkeit für nahes Infrarot zu verleihen. Die Partikel werden durch Licht im Nahinfrarotspektrum angeregt und leuchten sichtbar grün auf. Der Forscher Gang Han von der University of Massachusetts Medical School und sein Team injizierten ihre Lösung mit Nanopartikeln unter die Netzhaut, wo sie sich in der Nähe der Sehzellen anlagerten. Die so behandelten Mäuse waren anschließend in der Lage, das zusätzliche Spektrum wahrzunehmen. In Verhaltenstests bewiesen die Tiere sogar, dass sie damit selbst komplexe Symbole außerhalb des sonst sichtbaren Spektrums erkennen konnten. Die Forscher wollen künftig Nachtsicht auch für Menschen ermöglichen und mit ihrem Verfahren ebenso Farbenblindheit behandeln. (agr@ct.de)

Roboter windet sich durchs Hirn

Im Modell eines Hirngefäßsystems zeigten Forscher, wie sich ihr Roboterwurm schnell durch Blutbahnen schlängelt. Bild: MIT

Ein neuartiger Medizinroboter in der Form eines dünnen Fadens verspricht schnellere Hilfe nach Schlaganfällen. Der Roboterwurm besteht aus einer Nickel-Titan-Legierung mit Formgedächtnis. Das bedeutet, dass er sich einerseits durch Magnetfelder von außen steuern lässt und andererseits nach jeder Bewegung in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Ein chemisch dauerfeuchter Hyddrogel-Überzug vermindert die Reibung an Gewebestrukturen wie etwa Blutgefäßen um 90 Prozent. Trotzdem misst der Miniroboter im Querschnitt nur 0,6 Millimeter.

Am MIT zeigten Forscher im Team von Xuanhe Zhao, dass sich ihr Roboter im Magnetfeld zielsicher durch einen Nadelöhrparcours steuern lässt. Dann bauten sie aus Silikonröhrchen das Gefäßsystem eines menschlichen Gehirns nach. Auch hier gelang es, angestrebte Stellen schneller zu erreichen als mit bisherigen Techniken. Im Ernstfall könnten Ärzte damit Verstopfungen in den Hirngefäßen gezielt lösen. Die Forscher haben zudem gezeigt, dass ihr Roboterwurm zusätzliche Spezialwerkzeuge wie beispielsweise einen Laser tragen kann, um vor Ort einzugreifen. Ebenso lasse sich ein Medikamententransport realisieren. (agr@ct.de)

Magneteffekt für Speicherdichte

Parabeln im Mikrometermaßstab zeigen eine bevorzugte Magnetisierungsrichtung. Mikroskopische Schalter können diesen Effekt nutzen. Bild: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Selbst in gebräuchlichen magnetischen Materialien haben Forscher einen bisher nicht beobachteten Effekt entdeckt: die Chiralität. Das bedeutet, dass im Gefüge der Moleküle spiegelbildliche Strukturen bestehen, die sich unterschiedlich auswirken. Im konkreten Fall arbeitete ein Team um Denys Makarov am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf mit einer Legierung aus 80 Prozent Nickel und 20 Prozent Eisen. Lithografisch formten die Materialforscher dünne Streifen zu Parabeln von nur einem Mikrometer Seitenlänge. Sie magnetisierten die feinen Strukturen und polten dann das äußere Magnetfeld allmählich um. Die magnetischen Momente in den Parabeln verharrten überraschend lange in ihrer Richtung. Die Forscher erklären dieses Verhalten durch chirale Effekte, ausgelöst durch die geometrische Krümmung.

Der theoretisch schon lange vorhergesagte Effekt erwies sich als relativ stark, selbst bei Raumtemperatur. Die Physiker erwarten, dass ihre Entdeckung die Entwicklung neuartiger, mikroskopischer Schalter und Datenspeicher ermöglicht. Ebenso könnte dieser Effekt den Bau hochempfindlicher Magnetfeldsensoren vereinfachen. (agr@ct.de)

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