Neuer WLAN-Chip für Roboter trotzt starker radioaktiver Strahlung

Roboter sind beim Rückbau von Kernkraftwerken essenziell, hängen aber oft an Kabeln. Ein neuer Chip aus Japan ändert das: Er funkt per WLAN und trotzt extremer Strahlung. Das erleichtert Aufräumarbeiten enorm und bietet auch Potenzial für die Raumfahrt.

Funkchip trotzt extremer Strahlung

Forscher des Institute of Science Tokyo haben einen neuen und durchaus ganz besonderen WLAN-Empfängerchip präsentiert. Das Bauteil arbeitet nämlich selbst unter extremen radioaktiven Bedingungen zuverlässig. Das Modul funkt im Frequenzband von rund zweieinhalb Gigahertz und widersteht Strahlendosen von bis zu 500 Kilogray (kGy). Das ist entscheidend für den Rückbau alter Kernkraftwerke. Herkömmliche Halbleiter gehen bei der dortigen Gammastrahlung schnell kaputt.

Bislang kommen in den Trümmern von Kraftwerken wie Fukushima Daiichi vorwiegend kabelgebundene Roboter zum Einsatz. Die schweren LAN-Kabel schränken den Bewegungsradius der Maschinen jedoch massiv ein. Sie verfangen sich zudem leicht in Trümmern oder an scharfen Kanten. Zudem ist die Steuerung mehrerer Einheiten gleichzeitig durch die Kabel kaum möglich. Die neue Funktechnologie löst das Problem und erlaubt den Einsatz autonomer Roboterschwärme in Gefahrenzonen.

Hardware-Design drastisch vereinfacht

Um die notwendige Widerstandsfähigkeit zu erreichen, mussten die Ingenieure die Architektur des Chips vereinfachen. Strahlungsschäden entstehen bei Elektronik oft, wenn sich elektrische Ladungen in den Isolierschichten von Transistoren stauen, was zu fatalen Leckströmen führt. Wie Interesting Engineering berichtet, entfernte das Team daher zahlreiche aktive Transistoren aus dem Design.


Besonders in den empfindlichen Verstärkerschaltungen wurden die Transistoren durch Induktoren ersetzt, also passive Bauteile. Diese sind weitgehend unempfindlich gegenüber ionisierender Strahlung. Die Forscher nutzten für die Herstellung eine spezielle Silizium-auf-Isolator-Technologie. Bei dem Verfahren sitzt eine dünne Siliziumschicht auf einer isolierenden Oxidschicht. Das reduziert die schädlichen Effekte der Strahlung auf die empfindlichen Schaltkreise weiter.

Hohe Kosten und langer Zeitplan

Die Aufräumarbeiten nach Nuklearkatastrophen sind extrem zeitaufwendig und für Menschen undenkbar. Das liegt natürlich daran, dass die extremen Strahlungswerte im Inneren der Reaktorblöcke den direkten Einsatz von Menschen dort unmöglich machen. Der Rückbau in Japan wird voraussichtlich noch vier Jahrzehnte andauern. Die Entwicklung derartiger Spezialelektronik wird daher massiv gefördert. Ein aktuelles Forschungsprojekt zu strahlenresistenten Robotern erhielt kürzlich Fördergelder in Höhe von zwei Millionen Dollar (etwa 1,84 Millionen Euro).

Neben dem Rückbau von Kernkraftwerken sehen die Ingenieure weitere Einsatzmöglichkeiten für den robusten WLAN-Chip. Die Raumfahrt benötigt ebenfalls Elektronik, die kosmischer Strahlung über lange Zeiträume standhält. Sonden für Missionen zum Jupiter oder Mars könnten von der Technologie stark profitieren. Dort herrschen ähnlich harsche Bedingungen, die herkömmliche Kommunikationssysteme schnell an ihre Belastungsgrenzen bringen.

Ein weiterer Vorteil der Technologie ist der geringe Energieverbrauch des passiven Designs. Die Roboter können dadurch deutlich länger in den kontaminierten Zonen operieren, ohne dass ihre Akkus ausgetauscht werden müssen. Das reduziert den logistischen Aufwand bei den Einsätzen auf ein Minimum und erhöht die Sicherheit des Begleitpersonals erheblich.

Was haltet ihr von dem neuen Chip für strahlungsresistente Roboter? Seht ihr neben der Raumfahrt weitere Einsatzgebiete? Teilt eure Gedanken mit uns in den Kommentaren!


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