Levend of niet? Deze 3D-geprinte robotjes zwemmen en navigeren als dieren
Ze zijn maar een paar micrometer lang — veel kleiner dan de dikte van een menselijke haar. Deze microrobots zwemmen, navigeren, nemen hun omgeving waar en passen zich aan op een manier die opvallend ‘levend’ lijkt.
Ze bewegen vanzelf, dankzij hun slimme vorm. Leidse natuurkundigen Daniela Kraft en Mengshi Wei maken deze microscopische robots, die helemaal geen sensoren, software of externe besturing nodig hebben. Deze nieuwe robots openen volledig nieuwe mogelijkheden voor biomedische toepassingen.
De natuur als voorbeeld
Inspiratie voor deze robots haalden ze uit de natuur. Dieren zoals wormen en slangen passen voortdurend hun vorm aan tijdens het bewegen. Dat helpt ze om hun weg te vinden. ‘Grotere robots gebruiken ook dit soort flexibiliteit om te functioneren,’ legt Kraft uit. ‘Maar microrobots waren tot nu toe altijd óf klein en stijf, óf relatief groot en flexibel. Wij vroegen ons af: kunnen wij misschien microrobots maken in ons lab die zowel klein als flexibel zijn?’
Vanwege de gekozen cookie-instellingen kunnen we deze video hier niet tonen.
Bekijk de video op de oorspronkelijke website ofFeiten en cijfers
- Structuur: Een zeer flexibele ketting
- Materiaal: Fotopolymeren, 3D-geprint in ons lab met de Nanoscribe 3D-printer
- Grootte van de onderdelen: 5 µm
- Grootte van de verbindingen: 0,5 µm*
- Beweging: zichzelf voortbewegende onderdelen
- Snelheid: 7 µm per seconde
*Ter vergelijking: een menselijke haar is ongeveer 70–100 µm dik. Dit zit op de grens van wat technisch mogelijk is met 3D-printen.
Klein, flexibel en verrassend slim
Kraft en Wei ontwierpen een microrobot van zachte en kettingachtige structuur en maakten dit met hun 3D-microprinter. Dit ontwerp bleek zo krachtig, dat de robot vanzelf in beweging komt onder invloed van een elektrisch veld. De robot begint te ‘zwemmen’ en kiest zijn eigen pad, hij lijkt bijna levend.
Met veel plezier testte het team het gedrag van de robots. ‘Bijvoorbeeld, als de robot aan de voorkant wordt afgeremd of zelfs stilvalt, begint hij met zijn ‘staart’ te zwaaien alsof hij wil ontsnappen,’ vertelt Wei. ‘Dat komt doordat de achterste schakels nog altijd willen bewegen — en dat lukt ook, juist omdat ze zo flexibel zijn.’
De bewegingen die deze microrobots maken
Vanwege de gekozen cookie-instellingen kunnen we deze video hier niet tonen.
Bekijk de video op de oorspronkelijke website of‘Maar dat was nog niet alles’, legt Kraft uit. ‘We ontdekten dat er een wisselwerking is tussen de vorm en de bewegingen van de robot: de vorm beïnvloedt hoe hij beweegt, en zijn bewegingen veranderen op hun beurt weer zijn vorm. Deze microrobot komt levensecht over. Een groot voordeel hiervan is dat wij geen microscopische elektronica nodig hebben om slimme functies in de robot te integreren.’
Wei vertelt verder: ‘Als onze microrobot een obstakel tegenkomt, zoekt hij vanzelf een andere route. En wanneer twee robots elkaar ontmoeten, sturen ze automatisch van elkaar weg.’ De robots kunnen dus zelfs bewegen in drukke omgevingen en objecten die in de weg liggen opzij duwen.
Hoe de microrobot beweegt in complexe omgevingen
Vanwege de gekozen cookie-instellingen kunnen we deze video hier niet tonen.
Bekijk de video op de oorspronkelijke website ofMogelijke toekomstige onderzoeken en toepassingen
Dat deze microrobots zelfstandig hun weg vinden in complexe omgevingen, biedt veelbelovende mogelijkheden voor de medische wereld. Denk bijvoorbeeld aan het heel gericht afleveren van medicijnen, of aan minimaal ingrijpende behandelingen en diagnostiek.
Kraft zegt: ‘Onze volgende stap is om nog beter te begrijpen hoe de bewegingen van de robots precies ontstaan. Die kennis helpt ons nog geavanceerdere microrobots en apparaten te ontwikkelen in de toekomst. Maar ook kunnen we hiermee de natuurkunde achter levende microrobots en organismen beter doorgronden.’
PNAS
Life-like behavior emerging in active and flexible microstructuresMengshi Wei1 and Daniela J. Kraft1
1 Huygens-Kamerlingh Onnes Laboratory, Leiden University, P.O. Box 9504, 2300 RA Leiden, The Netherlands