Deze piepkleine robotjes doen metingen aan hun omgeving, terwijl ze heerlijk met de stroming meedrijven.

Eerder dit jaar zagen we Atlas joggen, bouwde Festo een rennende spin, maakte Stickman grootse sprongen in zijn acrobatische carrière en sjeesde Cheeta 3 blind trappen op en af. Anno 2018 kijken we bijna niet meer op van de grote hoeveelheid beweeglijke robots die we in de media voorbij zien komen.

We zouden haast vergeten hoe complex het laten voortbewegen van een robot kan zijn – helemaal als het gaat om heel kleine exemplaren (lees: micro- en nanometers). In plaats van de voortbeweging van hun microbots te verbeteren, omarmden MIT-onderzoekers de passievere aanpak. Ze ontwikkelden piepkleine robots die, terwijl ze informatie over hun omgeving vastleggen, gaan waar de stroom hen naartoe brengt.

Lees ook: Deze microbot vangt levende cellen

Klein maar fijn

Het maken van steeds kleinere robots draait om meer dan het opzoeken van de grenzen van de technologie. Microrobots, of microbots, hebben een gigantische hoeveelheid mogelijke toepassingen, omdat ze vanwege kun kleine afmetingen vrijwel overal kunnen komen – van de open zee tot je bloedbaan.

Zo zou het minuscule robotje van het MIT eruit komen te zien. Bron: MIT

Een van de aspecten waar onderzoekers zich mee bezighouden, is hoe zo’n robotje van A naar B komt. Manieren van voortbewegen, worden dan ook al enige tijd ruimschoots onderzocht.

Colloïden

Maar er is een ‘probleem’ met die voortbeweging. Op deze piepkleine schaal is dat namelijk lang niet zo vanzelfsprekend als je misschien zou denken. Omdat ze zo klein zijn, gedragen de microbots zich in essentie namelijk als zogeheten colloïden – dat maakt de boel wat ingewikkelder.

Colloïden, of colloïdale deeltjes, zijn onoplosbare deeltjes met een afmeting tussen de 1 en 1000 nanometer. Hierdoor begeven ze zich op het grensgebied tussen twee werelden: ze kunnen zich gedragen als moleculen, maar zijn, in tegenstelling tot moleculen, groot genoeg om met simpele apparatuur te kunnen zien.

Ook beestjes zoals dit eenoogkreeftje gaan waar de stroming hen heen brengt. Bron: Uwe Kils via Wikimedia CC

Ze zijn wel zó klein dat ze, zoals stofdeeltjes in de lucht, vrijwel onbeperkt kunnen blijven ‘hangen’. Dit komt doordat de willekeurige bewegingen van botsende moleculen in de lucht (of vloeistof) een krachtigere impact op zo’n colloïdaal deeltje hebben dan de zwaartekracht.

Je kunt het vergelijken met zoöplankton: dierlijk plankton zoals eenoogkreeftjes die, hoewel ze vinnetjes of andere manieren hebben om zich voort te bewegen, vooral meeliften op de stroming. Dat is net zo bij microbots. Ze kunnen wel wát bewegen, maar water ‘voelt’ op deze schaal als een soort dikke stroop. In plaats van lange afstanden af te leggen, komt hun voortbeweging dus meer neer op hier en daar wat ‘bijsturen’.

Met de stroom mee

In het nieuwe onderzoek, dat onlangs werd gepubliceerd in Nature Nanotechnology, pakte het MIT-team het anders aan. In plaats manieren te ontwikkelen om letterlijk tegen de stroom in te zwemmen, besloten ze de colloïde-eigenschappen te omarmen. Ze maakten 0,1 millimeter grote microbots – zo groot als een eicel – met de focus op het verzamelen van informatie, daar waar de stroom hen brengt.

Hiervoor ‘bouwden’ ze hele elektronische circuits op colloïde deeltjes. Doorgaans zou voor zo’n ‘basis’ silicium worden gebruikt, maar dit zou volgens de onderzoekers te veel energie kosten. Ze kozen dus voor nieuwere substraten zoals grafeen – wat veel minder energie verbruikt. Zo zouden de microbots ook volledig self-powered zijn. De simpele fotodiode levert voldoende energie voor de werking van het minuscule apparaatje – het verzamelen, verwerken en versturen van informatie.

Bovenaanzicht van vier van de piepkleine robotjes. Bron: MIT 

Pijpleidingen en bloedvaten

Waarom het circuit op een substraat bevestigen? Simpel: stevigheid. Hoewel het ook zonder zo’n basis de ‘drijvende’ colloïde-eigenschappen heeft, zou de microbot volgens de onderzoekers gemakkelijk breken.

Hoewel de technologie nog in de kinderschoenen staat, verwachten de onderzoekers dat we in de toekomst veel van deze microbots in de praktijk gebruikt zullen zien worden. De piepkleine bots zouden in pijpleidingen kunnen worden verspreid om bijvoorbeeld vervuiling te meten, of worden ingeslikt om ziektes te tracken. 

Bronnen: Nature Nanotechnology, MIT, New Atlas

Beeld: MIT

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!