Wetenschappers creëren zelfvoorzienende, waterachtige robot die zonder elektriciteit werkt

Wetenschappers van het Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) en de University of Massachusetts Amherst hebben de eerste zelfvoorzienende, waterachtige robot ontwikkeld die continu zonder elektriciteit kan werken.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Chemistry.

“Water-Walking” Robots

Deze “water-walking” vloeistofrobots kunnen duiken naar de bodem van het water om waardevolle chemicaliën op te halen voordat ze weer naar de oppervlakte komen om ze af te leveren.

Dit is de eerste technologie van zijn soort die continu zonder elektrische input kan werken. Het kan mogelijk worden gebruikt als een geautomatiseerd chemisch synthesesysteem of medicijnbezorgingssysteem voor farmaceutica.

Tom Russell is de senior auteur van het onderzoek, een bezoekend faculteitswetenschapper en professor in de polymerwetenschap en -techniek van de University of Massachusetts Amherst. Hij leidt het programma Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids in de Materials Sciences Division van Berkeley Lab.

“We hebben een barrière doorbroken in het ontwerpen van een vloeibare robot die autonoom kan werken door chemie te gebruiken om de drijvendheid van een object te controleren,” zei Russell.

Volgens Russell helpt de technologie significant bij het ontwikkelen van “liquibots”, een familie van robotapparaten. Eerder hebben onderzoekers aangetoond dat deze liquibots autonoom een taak kunnen uitvoeren, maar slechts eenmaal. Andere kunnen een taak continu uitvoeren, maar ze hebben elektriciteit nodig om te werken.

“We hoeven geen elektrische energie te leveren omdat onze liquibots hun kracht of ‘voedsel’ chemisch uit de omringende media halen,” zei Russell.

De experimenten uitvoeren

Russell en de eerste auteur Ganhua Xie voerden een reeks experimenten uit in de Material Sciences Division van Berkeley Lab. Xie is een voormalig postdoctoraal onderzoeker bij Berkeley Lab en momenteel professor aan de Hunan University in China.

Door middel van deze experimenten leerden ze dat “voeding” van de liquibots met zout ze zwaarder of dichter maakt dan de vloeibare oplossing eromheen.

Co-onderzoekers Paul Ashby en Brett Helms van de Molecular Foundry van Berkeley Lab voerden aanvullende experimenten uit die aantoonden hoe liquibots chemicaliën heen en weer transporteren.

De liquibots zijn slechts 2 millimeter in diameter en omdat ze dichter zijn dan de oplossing, clusteren ze in het midden ervan en vullen ze zich met geselecteerde chemicaliën. Dit resulteert in een reactie die zuurstofbellen genereert, die de liquibot naar de oppervlakte tillen. Een andere reactie vindt plaats die de liquibots naar de rand van de container trekt, waar ze hun lading kunnen lossen.

Dit proces herhaalt zich voortdurend.

De liquibots kunnen verschillende taken tegelijk uitvoeren, afhankelijk van hun samenstelling. Terwijl sommige verschillende soorten gas in de omgeving kunnen detecteren, kunnen anderen reageren op specifieke soorten chemicaliën.

Naast deze toepassingen kunnen liquibots ook autonome, continue robotische systemen mogelijk maken die worden toegepast in drugontdekking of drugsynthese.

Het team zal nu proberen de technologie op te schalen voor grotere systemen en te onderzoeken hoe ze op vaste oppervlakken kan werken.