Weltkleinstes Haus: 20-Mikrometer-Mikrostruktur

Mit einem Rasterelektronenmikroskop bauten Wissenschaftler das weltweit kleinste Mikrohaus. Es ist knapp 20 Mikrometer lang, auf einem gespaltenen Glasfaserkabel aufgebaut. Das Experiment demonstrierte spielerisch die Präzision und Flexibilität von µRobotex.

Herausforderung Nanoskala

Arbeit im Nanomaßstab ist extrem anspruchsvoll: komplexe Materialien, Montagetechniken, Robotik-Designs für Mikro-Origami-Strukturen.

Wissenschaftler des Femto-ST-Instituts (Frankreich) entwickelten einen neuen Weg. Sie nutzten ein Dual-Beam-Rasterelektronenmikroskop (SEM)/Fokus-Ionenstrahl (FIB) mit 6 Freiheitsgraden-Roboter, um das kleinste Mikrohaus der Welt zu fertigen.

Erstmals gelang Patterning und Assembly mit < 2 Nanometer Präzision – vorteilhaft für zukünftige Robotik und optische Anwendungen.

Bauprozess

Nano-Assemblage-Komponenten wurden in einer Vakuumkammer kombiniert, ein Elektronenmikroskop überwachte den Prozess. Ähnlich wie Würfelbau aus Papier, aber mit High-Tech-Tools.

FIB (wie Schere) schnitt und formte die Siliziummembran (Papier) des Hauses. Nach Falten der Wände fixierte FIBs Gasinjektionssystem (niedrige Leistung) die Kanten.

Zur Demonstration von Flexibilität und Präzision: sanftes Aufsputtern eines Ziegelmusters auf dem Dach. Der Fokus lag auf winzigen 300×300 µm, um Ionen auf die Siliziummembran zu feuern.

Zwei Ingenieure steuerten den Roboter über mehrere Computer. Zwar waren einige Schritte automatisiert, doch vollständige Automatisierung ist Ziel.

Zweck: µRobotex-Plattform demonstrieren

Das Experiment war eine spielerische Demonstration von µRobotex – Plattform zur Charakterisierung und Mikro-Assemblage winziger Strukturen (< 10 µm). Ziel: Wissenschaftlern in Mikro-/Nanotechnologie wettbewerbsfähige High-End-Geräte international bereitzustellen.

Mit μRobotex können Ingenieure funktionalisierte Mikrostrukturen bauen, um spezifische Moleküle zu identifizieren, indem sie eigene Mikrostrukturen auf Glasfasern platzieren. Diese Fasern gelangen in unzugängliche Bereiche – z. B. Blutgefäße zur Detektion Zielmoleküle.

Experimentelle Ergebnisse zeigen: Integration von Mikro-Roboter in SEM-Vakuumkammer erweitert Reinraum-Kapazitäten für 3D-Mikrostrukturen mit verschiedenen Materialien.

Forscher schlugen neuen Mechanismus zur Herstellung optischer Funktionen für Lichtfang vor: nano-photonische Kristalle, Gitter, Antennen, Kohlenstoffnanoröhren, 3D-Biosensoren mit Origami etc.

Aktuell arbeiten Wissenschaftler an Systemverbesserung: noch winzigere Strukturen auf Kohlenstoffnanoröhren (Radius 10 nm) fixieren.