Liten robot kan rense partikler fra vann og transportere celler

Forskere ved Eindhoven University of Technology har utviklet en liten plastrobot som kan brukes til å tiltrekke og fange partikler i vannet. Den kan også brukes til å transportere celler for analyse i diagnostiske enheter.

Forskningen ble publisert i tidsskriftet PNAS.

Robotten

Den lille robotten er laget av responsive polymerer som kan kontrolleres av lys og magnetisme. Den kalles også “trådløs vannpolyp” og er inspirert av en korallpolyp i naturen, som finnes i korallrev og har tentakler.

I den virkelige verden kan levende polypene gjøre en bestemt bevegelse med stammen for å skape en strøm som tiltrekker fødepartikler.

Ifølge doktorgradskandidat Marina Pilz Da Cunha, “Jeg ble inspirert av bevegelsen til disse korallpolypene, spesielt deres evne til å interagere med miljøet gjennom selvlagde strømmer.”

Den nyutviklede kunstige polypen er 1 cm x 1 cm, med stammen som reagerer på magnetisme og tentaklene som kontrolleres av lys.

“Å kombinere to forskjellige stimuli er sjeldent siden det krever delikat materialeforberedning og montering, men det er interessant for å lage ubundne roboter fordi det tillater komplekse formendringer og oppgaver å utføres,” sier Pilz Da Cunha.

For å kontrollere tentaklene, skinner lyset på dem med forskjellige bølgelengder. Med bruk av UV-lys, “griper” tentaklene, og under blått lys, “slipper” de.

Under vann

Den kunstige polypen kan gripe og slippe objekter under vann. Den nye robotten er en videreutvikling av den lysledede pakkeleveringsmini-robotten som forskerne presenterte tidligere i år.

Den landbaserte robotten kunne ikke operere under vann, siden polymerene virker gjennom fototermiske effekter. I motsetning til den under vannbaserte modellen, brukte den landbaserte energi fra varmen som ble generert fra lyset, i stedet for lyset selv.

“Varme fordunster i vann, noe som gjør det umulig å styre robotten under vann,” sier Pilz Da Cunha.

Med denne kunnskapen utviklet forskerne et fotomekanisk polymermateriale som kan kontrolleres av lys alene, uten varme.

En annen stor utvikling med denne nye robotten er at den kan holde sin deformasjon etter å ha blitt aktivert av lys. Etter at stimulansen er fjernet, returnerer det fototermiske materialet til sin opprinnelige form, men molekylene i det fotomekaniske materialet tar på seg en ny tilstand. På grunn av dette kan forskjellige stabile former holdes i lengre perioder.

“Dette hjelper med å kontrollere gripearmen; en gang noe har blitt fanget, kan robotten holde det fast til det blir aktivert av lys igjen for å slippe det,” sier Pilz Da Cunha.

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

Tiltrekke partikler

En roterende magnet er plassert under robotten, som tillater stammen å sirkle rundt akselen.

Ifølge Pilz Da Cunha, “Det var derfor mulig å faktisk flytte flytende objekter i vannet mot polypen, i vårt tilfelle oljedråper.”

Fluidstrømmen kan endres av tentaklenes posisjon.

“Datamaskinsimuleringer, med forskjellige tentakelposisjoner, hjalp oss til slutt å forstå og få bevegelsen av stammen helt riktig. Og å “tiltrekke” oljedråpene mot tentaklene,” sier Pilz Da Cunha.

Robotten kan operere uansett hva den omgivende væsken er. Dette går mot hydrogelene som ofte brukes til under vann-applikasjoner, som er følsomme for miljøet.

“Vår robot fungerer også på samme måte i saltvann, eller vann med forurensninger, ved å fange dem ut av vannet med tentaklene,” sier Pilz Da Cunha.

Forskere arbeider nå med å få forskjellige polypene til å samarbeide, med muligheten for at en polyp kan overføre en pakke til en annen. De arbeider også med svømmende roboter som kan brukes til biomedisinske applikasjoner.