Piccolo robot potrebbe pulire particelle dall’acqua e trasportare cellule

I ricercatori dell’Università tecnica di Eindhoven hanno sviluppato un piccolo robot di plastica che può essere utilizzato per attirare e catturare particelle nell’acqua. Potrebbe anche essere utilizzato per trasportare cellule per l’analisi in dispositivi diagnostici.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista PNAS.

Il Robot

Il piccolo robot è fatto di polimeri responsivi che possono essere controllati dalla luce e dal magnetismo. Chiamato anche “polipo acquatico wireless”, è ispirato a un polipo di corallo in natura, che è presente nelle barriere coralline e ha tentacoli.

Nel mondo reale, i polipi viventi possono fare un movimento specifico con il loro stelo per creare una corrente che attira le particelle di cibo.

Secondo la candidata dottoranda Marina Pilz Da Cunha, “Sono stata ispirata dal movimento di questi polipi di corallo, soprattutto dalla loro capacità di interagire con l’ambiente attraverso correnti auto-create”.

Il polipo artificiale appena sviluppato è di 1 cm per 1 cm, con lo stelo che reagisce al magnetismo e i tentacoli controllati dalla luce.

“Combinare due diversi stimoli è raro poiché richiede una preparazione e un assemblaggio delicati dei materiali, ma è interessante per creare robot senza fili perché consente di eseguire cambiamenti di forma complessi e compiti”, dice Pilz Da Cunha.

Per controllare i tentacoli, si fa brillare la luce su di essi con diverse lunghezze d’onda. Con l’uso della luce UV, i tentacoli “afferrano” e mentre sono sotto luce blu, “rilasciano”.

Sott’acqua

Il polipo artificiale è in grado di afferrare e rilasciare oggetti sott’acqua. Il nuovo robot è un avanzamento rispetto al mini-robot guidato dalla luce per la consegna dei pacchi presentato dai ricercatori all’inizio dell’anno.

Il robot basato a terra non poteva funzionare sott’acqua, poiché i polimeri agiscono attraverso effetti fototermici. A differenza del modello sott’acqua, quello basato a terra utilizzava l’energia generata dal calore della luce, anziché la luce stessa.

“Il calore si dissipa in acqua, il che rende impossibile guidare il robot sott’acqua”, ha detto Pilz Da Cunha.

Con queste informazioni, i ricercatori hanno sviluppato un materiale polimerico fotomeccanico in grado di essere controllato solo dalla luce, senza calore.

Un altro importante sviluppo con questo nuovo robot è che può mantenere la sua deformazione dopo essere stato attivato dalla luce. Dopo che lo stimolo è stato rimosso, il materiale fototermico torna alla sua forma originale, ma le molecole nel materiale fotomeccanico assumono uno stato nuovo. A causa di ciò, possono essere mantenute forme stabili diverse per periodi di tempo più lunghi.

“Ciò aiuta a controllare il braccio del gripper; una volta che qualcosa è stato catturato, il robot può continuare a tenerlo fino a quando non viene nuovamente indirizzato dalla luce per rilasciarlo”, dice Pilz Da Cunha.

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Attraendo particelle

Un magnete rotante è posizionato sotto il robot, che consente allo stelo di girare intorno all’asse.

Secondo Pilz Da Cunha, “È stato quindi possibile muovere realmente oggetti galleggianti nell’acqua verso il polipo, nel nostro caso gocce di olio”.

Il flusso di fluido può essere modificato dalla posizione dei tentacoli.

“Le simulazioni al computer, con diverse posizioni dei tentacoli, ci hanno infine aiutato a comprendere e ottenere il movimento dello stelo esattamente giusto. E per ‘attirare’ le gocce di olio verso i tentacoli”, dice Pilz Da Cunha.

Il robot può funzionare indipendentemente dal liquido circostante. Ciò si contrappone agli idrogeli spesso utilizzati per le applicazioni sott’acqua, che sono sensibili all’ambiente.

“Il nostro robot funziona anche nello stesso modo in acqua salata o in acqua con contaminanti, catturandoli con i suoi tentacoli”, dice Pilz Da Cunha.

I ricercatori stanno ora lavorando per far collaborare diversi polipi, con la possibilità che un polipo passi un pacco a un altro. Stanno anche lavorando a robot nuotatori che potrebbero essere utilizzati per applicazioni biomediche.