Kleine robot kan deeltjes uit water verwijderen en cellen transporteren

Onderzoekers aan 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 transporteren 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, is het 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 promovendus Marina Pilz Da Cunha: “Ik werd geïnspireerd door de beweging van deze koraalpoliepen, vooral hun vermogen om met de omgeving te interacteren door zelfgemaakte stromingen.”

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 ongebonden 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 is in staat om objecten onder water te grijpen en los te laten. 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 op land gebaseerde robot kon niet onder water opereren, omdat de polymeren werken via fotothermische effecten. In tegenstelling tot het onderwatermodel, gebruikte de op land gebaseerde robot energie van de warmte die werd gegenereerd door het licht, in plaats van het licht zelf.

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

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

Een andere belangrijke ontwikkeling met deze nieuwe robot is dat hij zijn vervorming kan behouden nadat hij 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 gehandhaafd.

“Dat helpt bij het controleren van de grijperarm; 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 rond 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 ‘aantrekkingskracht’ van de olie-druppels naar de tentakels te krijgen”, zegt Pilz Da Cunha.

De robot kan opereren ongeacht de omringende vloeistof. Dit is in tegenspraak met 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 te vangen met zijn tentakels”, zegt Pilz Da Cunha.

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