小型ロボットが水中の粒子を除去し、細胞を輸送する可能性がある

アイントホーフェン工科大学の研究者は、水中の粒子を引き付けて捕獲できる小型プラスチックロボットを開発しました。診断デバイスでの分析のために細胞を輸送することもできます。

この研究は、PNAS誌に掲載されました。

ロボット

小型ロボットは、光と磁気によって制御できる応答性ポリマーで作られています。別名「ワイヤレス水中ポリプ」と呼ばれ、珊瑚礁に存在する珊瑚ポリプに着想を得て開発され、触手を持っています。

実際の珊瑚ポリプは、茎の特定の動きによって水流を作り出し、食物粒子を引き付けることができます。

博士課程のマリナ・ピルツ・ダ・クーニャ氏によると、「私は珊瑚ポリプの動き、特に自ら作り出す水流を介して環境と相互作用する能力に着想を得ました。」

新しく開発された人工ポリプは、1cm×1cmのサイズで、茎は磁気に反応し、触手は光によって制御されます。

「2つの異なる刺激を組み合わせることは珍しいですが、繊細な材料の準備と組み立てが必要です。しかし、無線ロボットを作成する上で、複雑な形状の変化とタスクの実行を可能にするため、興味深いものです。」ピルツ・ダ・クーニャ氏は述べています。

触手を制御するために、異なる波長の光を当てます。UV光を当てると触手が「握り」、青い光を当てると「放す」ことができます。

水中

人工ポリプは、水中で物体を握り、放すことができます。今年の初めに研究者が発表した、光誘導パッケージ配送ミニロボットの進化形です。

地上用ロボットは、水中では動作しませんでした。ポリマーは光熱効果によって作用します。水中モデルとは異なり、地上用ロボットは光から発生する熱エネルギーを使用しました。

「熱は水中で消散し、ロボットを水中で制御することができません。」ピルツ・ダ・クーニャ氏は述べています。

この情報に基づいて、研究者は光のみで制御できる光機械ポリマー材料を開発しました。

この新しいロボットのもう一つの大きな特徴は、変形を保持できることです。刺激が除去されると、光熱材料は元の形状に戻りますが、光機械材料の分子は新しい状態になります。したがって、安定した形状を長期間維持できます。

「これにより、グリッパーアームを制御できます。物体を捕獲した後、ロボットはそれを保持したまま、再び光によって放すまで保持できます。」ピルツ・ダ・クーニャ氏は述べています。

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粒子を引き付ける

ロボットの下には回転磁石があり、茎が軸を中心に回転することができます。

ピルツ・ダ・クーニャ氏によると、「実際に、浮遊物体をポリプに向けて動かすことができました。私たちの場合は、油滴でした。」

触手の位置によって流体の流れを変えることができます。

「コンピューターシミュレーションにより、さまざまな触手の位置で、茎の動きを理解し、油滴を触手に向けて『引き付ける』ことができました。」ピルツ・ダ・クーニャ氏は述べています。

ロボットは、周囲の液体に関係なく動作します。これは、水中アプリケーションでよく使用される水膨潤性ゲルと異なります。水膨潤性ゲルは環境に敏感です。

「私たちのロボットは、塩水や水中の汚染物質のある水でも同じように動作します。触手で水中の汚染物質を捕獲することができます。」ピルツ・ダ・クーニャ氏は述べています。

研究者は現在、さまざまなポリプを協調させ、1つのポリプが別のポリプにパッケージを渡す可能性を模索しています。また、生体医工学への応用が可能な水中ロボットの開発も行っています。