Wissenschaftler erstellen selbstbetriebenen, wasserbasierten Roboter, der ohne Elektrizität läuft

Wissenschaftler am Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) und der University of Massachusetts Amherst haben den ersten selbstbetriebenen, wasserbasierten Roboter entwickelt, der kontinuierlich ohne Elektrizität laufen kann.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.

“Wasser-wandelnde” Roboter

Diese “wasser-wandelnden” flüssigen Roboter können unter Wasser tauchen, um wertvolle Chemikalien zu bergen, bevor sie wieder an die Oberfläche kommen, um sie wiederholt zu liefern.

Dies ist die erste Technologie ihrer Art, die kontinuierlich ohne elektrischen Input läuft. Sie könnte potenziell als automatisiertes chemisches Synthese- oder Arzneimittel-Lieferungssystem für Pharmazeutika verwendet werden.

Tom Russell ist der Hauptautor der Forschung, ein Gastwissenschaftler und Professor für Polymerwissenschaft und -technik an der University of Massachusetts Amherst. Er leitet das Programm Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids in der Materials Sciences Division von Berkeley Lab.

“Wir haben eine Barriere bei der Entwicklung eines flüssigen Robotersystems durchbrochen, das autonom durch die Verwendung von Chemie zur Kontrolle der Auftriebskraft eines Objekts arbeiten kann”, sagte Russell.

Laut Russell hilft die Technologie erheblich bei der Weiterentwicklung von “Liquibots”, einer Familie von Robotikgeräten. Zuvor haben Forscher gezeigt, dass diese Liquibots autonom eine Aufgabe ausführen können, aber nur einmal. Andere können eine Aufgabe kontinuierlich ausführen, benötigen jedoch Elektrizität, um zu funktionieren.

“Wir müssen keine elektrische Energie bereitstellen, da unsere Liquibots ihre Energie oder ‘Nahrung’ chemisch aus dem umgebenden Medium beziehen”, sagte Russell.

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Durchführung der Experimente

Russell und der erste Autor Ganhua Xie führten eine Reihe von Experimenten in der Materials Sciences Division von Berkeley Lab durch. Xie ist ein ehemaliger Postdoktorand am Berkeley Lab und derzeit Professor an der Hunan-Universität in China.

Durch diese Experimente erfuhren die Forscher, dass die “Ernährung” der Liquibots mit Salz sie schwerer oder dichter als die umgebende Flüssiglösung macht.

Die Co-Ermittler Paul Ashby und Brett Helms am Molecular Foundry von Berkeley Lab führten zusätzliche Experimente durch, die zeigten, wie die Liquibots Chemikalien hin und her transportieren.

Die Liquibots haben einen Durchmesser von nur 2 Millimetern und sind, da sie dichter als die Lösung sind, in der Mitte davon konzentriert und füllen sich mit ausgewählten Chemikalien. Dies führt zu einer Reaktion, die Sauerstoffblasen erzeugt, die den Liquibot an die Oberfläche heben. Eine weitere Reaktion findet statt, die die Liquibots zum Rand des Behälters zieht, wo sie ihre Ladung abladen können.

Dieser Prozess wiederholt sich immer wieder.

Die Liquibots könnten je nach Formulierung eine Vielzahl von Aufgaben gleichzeitig ausführen. Während einige verschiedene Arten von Gasen in der Umgebung erkennen könnten, könnten andere auf bestimmte Arten von Chemikalien reagieren.

Abgesehen von diesen Anwendungen könnten die Liquibots auch autonome, kontinuierliche Robotersysteme ermöglichen, die in der Arzneimittelentdeckung oder -synthese eingesetzt werden.

Das Team wird nun versuchen, die Technologie für größere Systeme zu skalieren und zu erforschen, wie sie auf festen Oberflächen funktionieren kann.