Minirobot kan rena partiklar från vatten och transportera celler

Forskare vid Eindhoven University of Technology har utvecklat en miniatyrplastrobot som kan användas för att attrahera och fånga partiklar i vatten. Den kan också användas för att transportera celler för analys i diagnostiska enheter.

Studien publicerades i tidskriften PNAS.

Roboten

Den miniatyrroboten är tillverkad av responsiva polymerer som kan kontrolleras med ljus och magnetism. Den kallas också “trådlös vattenpolyp” och är inspirerad av en korallpolyp i naturen, som finns i korallrev och har tentakler.

I verkligheten kan levande polyper göra en specifik rörelse med sin stjälk för att skapa en ström som attraherar matpartiklar.

Enligt doktoranden Marina Pilz Da Cunha, “Jag inspirerades av rörelsen hos dessa korallpolper, särskilt deras förmåga att interagera med miljön genom självskapade strömmar.”

Den nyligen utvecklade artificiella polypen är 1 x 1 cm, med stjälken som reagerar på magnetism och tentaklerna som kontrolleras av ljus.

“Att kombinera två olika stimuli är ovanligt eftersom det kräver känslig materialberedning och montering, men det är intressant för att skapa trådlösa robotar eftersom det tillåter komplexa formförändringar och uppgifter att utföras”, säger Pilz Da Cunha.

För att kontrollera tentaklerna, belyses de med ljus av olika våglängder. Med UV-ljus “greppar” tentaklerna, och med blått ljus “släpper” de.

Under vatten

Den artificiella polypen kan gripa och släppa föremål under vatten. Den nya roboten är en utveckling från den ljusstyrda paketleveransminiroboten som presenterades av forskarna tidigare under året.

Den markbaserade roboten kunde inte operera under vatten, eftersom polymererna fungerar genom fototermiska effekter. Till skillnad från den under vattnet, använde den markbaserade roboten energi från värmen som genererades av ljuset, snarare än själva ljuset.

“Värmen dissiperas i vatten, vilket gör det omöjligt att styra roboten under vatten”, säger Pilz Da Cunha.

Med denna information utvecklade forskarna ett fotomekaniskt polymermaterial som kan kontrolleras av ljus, utan värme.

En annan stor utveckling med denna nya robot är att den kan behålla sin deformation efter att ha aktiverats av ljus. Efter att stimulansen har avlägsnats, återgår det fototermiska materialet till sin ursprungliga form, men molekylerna i det fotomekaniska materialet antar en ny tillstånd. På grund av detta kan olika stabila former upprätthållas under längre perioder.

“Det hjälper till att kontrollera griperarmen; när något har gripits, kan roboten hålla kvar det tills det återigen aktiveras av ljus för att släppa det”, säger Pilz Da Cunha.

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

Att attrahera partiklar

En roterande magnet är placerad under roboten, vilket tillåter stjälken att cirkla runt axeln.

Enligt Pilz Da Cunha, “Det var därför möjligt att faktiskt flytta flytande föremål i vattnet mot polypen, i vårt fall oljedroppar.”

Fluidflödet kan ändras av tentaklernas position.

“Datorsimulationer med olika tentakelpositioner hjälpte oss till slut att förstå och få rörelsen av stjälken exakt rätt. Och för att ‘attrahera’ oljedropparna mot tentaklerna”, säger Pilz Da Cunha.

Roboten kan operera oavsett vilken omgivande vätska den är i. Detta står i kontrast till hydrogeler som ofta används för under vattnet applikationer, som är känsliga för miljön.

“Vår robot fungerar också på samma sätt i saltvatten eller vatten med föroreningar, genom att fånga dem med sina tentakler”, säger Pilz Da Cunha.

Forskarna arbetar nu med att få olika polper att samarbeta, med möjligheten att en polyp överlämnar ett paket till en annan. De arbetar också med simmande robotar som kan användas för biomedicinska tillämpningar.