Pieni robotti voisi puhdistaa hiukkaset vedestä ja kuljettaa soluja

Eindhovenin teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pienen muovirobotin, jota voidaan käyttää hiukkasten houkuttelemiseen ja kiinniottamiseen vedessä. Sitä voidaan myös käyttää solujen kuljettamiseen diagnostisten laitteiden analyysiin.

Tutkimus julkaistiin PNAS -lehdessä.

Robotti

Pieni robotti on valmistettu valosta ja magnetismista ohjattavista polymeereistä. Se on saanut inspiraationsa luonnon korallipolyyppien liikkeestä, joilla on lonkeroita.

Luonnossa elävät polyyppit voivat tehdä tietyn liikkeen varrellaan luodakseen virran, joka houkuttelee ravintohiukkasia.

Tohtorikoulutettava Marina Pilz Da Cunha kertoo: ”Inspirationsa sain korallipolyyppien liikkeestä, erityisesti heidän kyvystään vuorovaikuttaa ympäristönsä kanssa itse luoduilla virroilla.”

Uusi keinotekoinen polyyppi on 1 x 1 cm, ja sen varsi reagoi magnetismiin ja lonkerot valoon.

”Kahden eri ärsykkeen yhdistäminen on harvinaista, koska se vaatii hienostunutta materiaalivalmistusta ja kokoonpanoa, mutta se on mielenkiintoista langattomien robotien luomiseksi, koska se mahdollistaa monimutkaisten muodonmuutosten ja tehtävien suorittamisen”, Pilz Da Cunha sanoo.

Lonkeroita ohjataan suunnata valoa eri aallonpituuksilla. UV-valon avulla lonkerot ”otetaan kiinni” ja sinisen valon alla ne ”päästetään irti”.

VEDESSÄ

Keinotekoinen polyyppi pystyy tarttumaan ja päästämään irti esineitä vedessä. Uusi robotti on edistysaskel aiemmin esiteltyihin valoa ohjaamaan pakkauksien toimittamiseen tarkoitettuihin mini-robottiin.

Maanpäällinen robotti ei voinut toimia vedessä, koska polymerit toimivat fototerminen vaikutuksella. Vastaavasti maanpäällinen robotti käytti valosta syntyvää lämpöenergiaa, eikä itse valoa.

”Lämpö häviää vedessä, mikä tekee robotin ohjauksen mahdottomaksi vedessä”, Pilz Da Cunha sanoo.

Tästä tiedosta lähtien tutkijat kehittivät valosta ohjattavan fotomekaanisen polymerimateriaalin, jota voidaan ohjata pelkästään valolla, ilman lämpöä.

Toinen merkittävä kehitysaskel uudessa robotissa on se, että se voi pitää muotonsa muuttumisen jälkeen, kun valo on poistunut. Fototerminen materiaali palautuu alkuperäiseen muotoonsa, mutta fotomekaanisen materiaalin molekyylit ottavat uuden tilan. Tämän ansiosta voidaan pitää eri vakaampia muotoja pidempään.

”Se auttaa otteiden säätelyssä; kun jotain on kiinni otettu, robotti voi pitää sitä kiinni, kunnes se jälleen kohdataan valolla ja vapautetaan”, Pilz Da Cunha sanoo.

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

HIUKKASTEN HOUDUTTELU

Robotin alla on pyörivä magneetti, joka mahdollistaa varren kiertämisen akselin ympäri.

Pilz Da Cunha kertoo: ”Se mahdollisti liikkuvien esineiden siirtämisen vedessä polypin lähelle, tapauksessamme öljypisaroita.”

Nestevirtausta voidaan muuttaa lonkerojen asennolla.

”Tietokonesimulaatiot, joissa lonkeroita sijoiteltiin eri asentoihin, auttoivat meitä ymmärtämään ja saamaan varren liikkeen täsmälleen oikein. Ja ”houkuttelemaan” öljypisarat lonkerojen lähelle”, Pilz Da Cunha sanoo.

Robotti toimii riippumatta ympäröivästä nesteestä. Tämä on vastakohtainen hydrogeeleille, joita usein käytetään vesisovelluksiin, jotka ovat herkkä ympäristölle.

”Meidän robotti toimii samalla tavalla suolavedessä tai vedessä, jossa on epäpuhtauksia, ja se voi pyydystää niitä lonkeroillaan”, Pilz Da Cunha sanoo.

Tutkijat työskentelevät parhaillaan useiden eri polyyppien yhteistyön kehittämiseksi, mahdollisesti yhden polyyppin pakkauksen toimittamiseksi toiselle. He työskentelevät myös uimari-roboteilla, joita voidaan käyttää biolääketieteellisiin sovelluksiin.