Wissenschaftler entwickeln 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-Laufen”-Roboter

Diese “Wasser-Laufen”-Flüssigkeitsroboter können unter Wasser tauchen, um wertvolle Chemikalien zu bergen, bevor sie wieder an die Oberfläche kommen, um sie wiederholt abzuliefern.

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

Tom Russell ist der leitende Autor 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 des Berkeley Lab.

“Wir haben eine Barriere bei der Entwicklung eines flüssigen Robotersystems durchbrochen, das autonom durch Chemie die Auftrieb eines Objekts kontrollieren kann”, sagte Russell.

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

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

Die Experimente durchführen

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

Durch diese Experimente lernten das Paar, dass das “Füttern” der Liquibots mit Salz sie schwerer oder dichter als die umgebende Flüssigkeit macht.

Co-Investoren Paul Ashby und Brett Helms am Molecular Foundry des Berkeley Lab führten zusätzliche Experimente durch, die demonstrierten, wie Liquibots Chemikalien hin und her transportieren.

Die Liquibots sind nur 2 Millimeter im Durchmesser und da sie dichter als die Lösung sind, sammeln sie sich in der Mitte 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 können je nach Formulierung eine Vielzahl von Aufgaben gleichzeitig ausführen. Während einige verschiedene Arten von Gasen in der Umgebung erkennen können, können andere auf bestimmte Arten von Chemikalien reagieren.

Neben diesen Anwendungen könnten Liquibots auch autonome, kontinuierliche Robotersysteme ermöglichen, die in der Arzneimittelentdeckung oder -synthese verwendet werden.

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