Lille robot kan rense partikler fra vand og transportere celler

Forskere fra Eindhoven University of Technology har udviklet en lille plastrobot, der kan bruges til at tiltrække og fange partikler i vandet. Den kan også bruges til at transportere celler til analyse i diagnostiske enheder.

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet PNAS.

Robotten

Den lille robot er lavet af responsive polymerer, der kan styres af lys og magnetisme. Den kaldes også “trådløs vandpolyp” og er inspireret af en korallpolyp i naturen, der findes i koraller og har tentakler.

I den virkelige verden kan levende polyper lave en bestemt bevægelse med deres stamme for at skabe en strøm, der tiltrækker fødepartikler.

Ifølge ph.d.-stipendiat Marina Pilz Da Cunha, “Jeg blev inspireret af korallpolypens bevægelse, især deres evne til at interagere med miljøet gennem selvskabte strømme.”

Den nyligt udviklede kunstige polyp er 1 x 1 cm, med stammen, der reagerer på magnetisme, og tentaklerne, der styres af lys.

“At kombinere to forskellige stimuli er sjældent, da det kræver delikat materialeforberedning og samling, men det er interessant for at skabe ubundne robotter, da det tillader komplekse formændringer og opgaver at udføres,” siger Pilz Da Cunha.

For at styre tentaklerne, skinner man lys på dem med forskellige bølgelængder. Med brug af UV-lys, “griber” tentaklerne, og under blåt lys, “frigør” de.

Under vand

Den kunstige polyp er i stand til at gribe og frigøre objekter under vand. Den nye robot er en videreudvikling af den lysledede pakkeleveringsmini-robot, der tidligere på året blev præsenteret af forskerne.

Den landbaserede robot kunne ikke fungere under vand, da polymererne virker gennem fototermiske effekter. I modsætning til den under vand-baserede model, brugte den landbaserede energi fra varmen, der blev genereret af lyset, i stedet for lyset selv.

“Varme forsvinder i vand, hvilket gør det umuligt at styre robotten under vand,” siger Pilz Da Cunha.

Med denne viden udviklede forskerne et fotomekanisk polymateriale, der kan styres af lys alene, uden varme.

En anden vigtig udvikling med denne nye robot er, at den kan fastholde sin deformation efter at være blevet aktiveret af lys. Efter stimulus er fjernet, returnerer det fototermiske materiale til sin oprindelige form, men molekyleerne i det fotomekaniske materiale antager en ny tilstand. Dette gør det muligt at fastholde forskellige stabile former i længere perioder.

“Det hjælper med at styre griberarmen; når noget er blevet fanget, kan robotten fastholde det, indtil det igen bliver aktiveret af lys for at frigøre det,” siger Pilz Da Cunha.

https://www.youtube.com/watch?v=QYklipdzesI&feature=emb_logo

Tiltrækning af partikler

En roterende magnet er placeret under robotten, hvilket tillader stammen at cirkulere omkring akslen.

Ifølge Pilz Da Cunha, “Det var derfor muligt at faktisk flytte flydende objekter i vandet mod polypen, i vores tilfælde olie-dråber.”

Fluidstrømmen kan ændres af tentaklernes position.

“Computersimulationer med forskellige tentakelpositioner hjalp os til sidst med at forstå og få stammens bevægelse helt rigtigt. Og til at ’tiltrække’ olie-dråberne mod tentaklerne,” siger Pilz Da Cunha.

Robotten kan fungere uanset, hvilket omgivende væske der er. Dette modsiger hydrogeler, der ofte bruges til under-vands-applikationer, som er følsomme over for miljøet.

“Vores robot fungerer også på samme måde i saltvand eller vand med forureninger, ved at fange dem ud af vandet med dens tentakler,” siger Pilz Da Cunha.

Forskerne arbejder nu på at få forskellige polyper til at samarbejde, med muligheden for, at en polyp kan overføre en pakke til en anden. De arbejder også på svømmende robotter, der kan bruges til biomedicinske formål.