Kleine robot kan deeltjes uit water halen en cellen vervoeren

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een kleine plastic robot ontwikkeld die gebruikt kan worden om deeltjes in water aan te trekken en te vangen. Het kan ook worden gebruikt om cellen te vervoeren voor analyse in diagnostische apparaten.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift PNAS.

De Robot

De kleine robot is gemaakt van responsieve polymeren die kunnen worden gecontroleerd door licht en magnetisme. Ook wel “draadloze aquatische poliep” genoemd, het is geïnspireerd door een koraalpoliep in de natuur, die aanwezig is in koraalriffen en heeft tentakels.

In de werkelijke wereld kunnen levende poliepen een speciale beweging maken met hun steel om een stroom te creëren die voedingsdeeltjes aantrekt.

Volgens doctoraalstudent Marina Pilz Da Cunha: “Ik werd geïnspireerd door de beweging van deze koraalpoliepen, vooral hun vermogen om met de omgeving te interacteren via zelfgemaakte stromen.”

De nieuw ontwikkelde kunstmatige poliep is 1 bij 1 cm, met de steel die reageert op magnetisme en de tentakels die worden gecontroleerd door licht.

“Het combineren van twee verschillende stimuli is zeldzaam omdat het delicate materiaalbereiding en assemblage vereist, maar het is interessant voor het creëren van ontkoppelde robots omdat het complexe vormveranderingen en taken mogelijk maakt”, zegt Pilz Da Cunha.

Om de tentakels te controleren, wordt licht met verschillende golflengtes op hen gericht. Met het gebruik van UV-licht, grijpen de tentakels, en onder blauw licht, laten ze los.

Onder Water

De kunstmatige poliep kan objecten onder water grijpen en loslaten. De nieuwe robot is een verbetering ten opzichte van de lichtgeleide pakketbezorging mini-robot die eerder in het jaar door de onderzoekers werd gepresenteerd.

De landgebonden robot kon niet onder water opereren, omdat de polymeren werken via fotothermische effecten. In tegenstelling tot het onderwatermodel, gebruikte de landgebonden robot energie van de warmte die werd gegenereerd door het licht, in plaats van het licht zelf.

“Warmte verdwijnt in water, waardoor het onmogelijk is om de robot onder water te besturen”, zegt Pilz Da Cunha.

Met deze informatie ontwikkelden de onderzoekers een fotomechanisch polymere materiaal dat kan worden gecontroleerd door licht alleen, geen warmte.

Een andere belangrijke ontwikkeling met deze nieuwe robot is dat het zijn vervorming kan behouden nadat het is geactiveerd door licht. Nadat de stimulus is verwijderd, keert het fotothermische materiaal terug naar zijn oorspronkelijke vorm, maar de moleculen in het fotomechanische materiaal nemen een nieuwe toestand aan. Hierdoor kunnen verschillende stabiele vormen voor langere perioden worden behouden.

“Dat helpt om de grijperarm te controleren; zodra iets is gevangen, kan de robot het vasthouden totdat het opnieuw door licht wordt aangesproken om het los te laten”, zegt Pilz Da Cunha.

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

Deeltjes Aantrekken

Een roterende magneet is geplaatst onder de robot, waardoor de steel om de as kan draaien.

Volgens Pilz Da Cunha: “Het was dus mogelijk om daadwerkelijk drijvende objecten in het water naar de poliep te bewegen, in ons geval olie-druppels.”

De vloeistroom kan worden veranderd door de positie van de tentakels.

“Computersimulaties, met verschillende tentakelposities, hielpen ons uiteindelijk om de beweging van de steel exact goed te krijgen. En om de olie-druppels naar de tentakels te ‘aantrekken'”, zegt Pilz Da Cunha.

De robot kan werken ongeacht de omringende vloeistof. Dit gaat in tegen de hydrogels die vaak worden gebruikt voor onderwater-toepassingen, die gevoelig zijn voor de omgeving.

“Onze robot werkt ook op dezelfde manier in zout water, of water met verontreinigingen uit het water door ze met zijn tentakels te vangen”, zegt Pilz Da Cunha.

De onderzoekers werken nu aan het laten samenwerken van verschillende poliepen, met de mogelijkheid dat een poliep een pakket aan een andere poliep doorgeeft. Ze werken ook aan zwemrobots die kunnen worden gebruikt voor biomedische toepassingen.