Маленький робот может очистить частицы из воды и транспортировать клетки

Исследователи из Университета технологий Эйндховена разработали маленького пластикового робота, который можно использовать для привлечения и захвата частиц в воде. Он также может быть использован для транспортировки клеток для анализа в диагностических устройствах.

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.

Робот

Маленький робот сделан из полимеров, которые могут быть контролируемы светом и магнетизмом. Также называемый “беспроводным водным полипом”, он вдохновлен коралловым полипом в природе, который присутствует в коралловых рифах и имеет щупальца.

В реальном мире живые полипы могут делать определенное движение своим стеблем, чтобы создать течение, которое привлекает частицы пищи.

По словам аспиранта Марина Пилц да Кунья, “Я был вдохновлен движением этих коралловых полипов, особенно их способностью взаимодействовать с окружающей средой через созданные ими течения”.

Недавно разработанный искусственный полип имеет размер 1 на 1 см, с стеблем, реагирующим на магнетизм, и щупальцами, контролируемыми светом.

“Сочетание двух разных стимулов редко встречается, поскольку оно требует деликатной подготовки и сборки материала, но оно интересно для создания беспроводных роботов, поскольку позволяет выполнять сложные изменения формы и задач”, говорит Пилц да Кунья.

Чтобы контролировать щупальца, на них светят свет разной длины волны. При использовании ультрафиолетового света щупальца “хватят”, а при воздействии синего света они “отпустят”.

Под водой

Искусственный полип может хватать и отпускать объекты под водой. Новый робот является развитием светоуправляемого мини-робота, который был представлен исследователями ранее в этом году.

Наземный робот не мог работать под водой, поскольку полимеры действуют через фототермические эффекты. В отличие от подводной модели, наземный робот использовал энергию, генерируемую теплом, которое было получено от света, а не от самого света.

“Тепло рассеивается в воде, что делает невозможным управление роботом под водой”, сказал Пилц да Кунья.

С учетом этой информации исследователи разработали фотомеханический полимерный материал, который может быть контролируем только светом, без тепла.

Еще одним значительным развитием этого нового робота является то, что он может сохранять свою деформацию после активации светом. После удаления стимула фототермический материал возвращается к своей исходной форме, но молекулы в фотомеханическом материале принимают новое состояние. Благодаря этому можно поддерживать разные стабильные формы в течение более длительного времени.

“Это помогает контролировать захватывающую руку; как только что-то было захвачено, робот может продолжать держать его, пока он не будет снова активирован светом, чтобы отпустить его”, говорит Пилц да Кунья.

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

Привлечение частиц

Под роботом находится вращающийся магнит, который позволяет стеблю вращаться вокруг оси.

По словам Пилц да Кунья, “Было поэтому возможно фактически переместить плавающие объекты в воде к полипу, в нашем случае – капли масла”.

Поток жидкости можно изменить положением щупалец.

“Компьютерные симуляции с разными положениями щупалец в конечном итоге помогли нам понять и получить движение стебля точно. И чтобы ‘привлечь’ капли масла к щупальцам”, говорит Пилц да Кунья.

Робот может работать независимо от окружающей жидкости. Это противоречит гидрогелям, которые часто используются для подводных применений, которые чувствительны к окружающей среде.

“Наш робот также работает одинаково в соленой воде или воде с загрязнителями, вынимая их из воды, хватая их своими щупальцами”, говорит Пилц да Кунья.

Исследователи сейчас работают над тем, чтобы различные полипы сотрудничали друг с другом, с возможностью передачи пакета от одного полипа к другому. Они также работают над плавающими роботами, которые могут быть использованы для биомедицинских применений.