Bewegende robots zijn niet nieuw. Maar deze robotrups verplaatst zich zonder dat hij daar elektriciteit voor nodig heeft en dat is wél bijzonder.
Verschillende onderzoeksvelden werken steeds meer samen. Zo worden in de biomimicry biologische ‘ideeën’ in de natuur, ontstaan door evolutie, nagebootst voor nieuwe menselijke ontwikkelingen. Op die manier kwamen Zuid-Koreaanse wetenschappers op het idee van een robot die op dezelfde manier beweegt als sommige planten, namelijk met behulp van verschillen in luchtvochtigheid.
Voor deze techniek is dus geen stroom nodig. De robot zou daardoor bijvoorbeeld veilig genoeg zijn om in het menselijk lichaam geneesmiddelen af te leveren.
Dennenappel
Veel planten kunnen bewegen door water op te nemen en weer uit te stoten. Zo sluit een dennenappel zich als het vochtig is en gaat hij weer openstaan wanneer het droog is. De natte kant van de ‘schubben’ zet uit, waardoor de schubben kromtrekken en sluiten. Het doel is namelijk om de zaden te verspreiden met droog weer.
Deze techniek hebben de wetenschappers nagebootst in de vorm van een robotrups. De robot heeft een lichaam met twee benen en bestaat uit twee lagen. De bovenste laag – gemaakt van polyethyleen-oxide(PEO)-nanovezels – neemt makkelijk vocht op uit de lucht, terwijl de onderste laag hier niet op reageert.
Bart Kooi, professor aan de Rijks Universiteit Groningen gespecialiseerd in nanotechnologie en materiaalkunde, legt uit dat PEO een variatie is op het ‘gewone’ plastic dat gebruikt wordt voor bijvoorbeeld tasjes. “PEO heeft echter een meer polaire structuur. Deze structuren hebben de neiging om een interactie met watermoleculen te hebben. De luchtvochtigheid bepaalt hoeveel watermoleculen tussen de PEO-moleculen kunnen ‘oplossen’.”
Wanneer de robot op een vochtige ondergrond wordt geplaatst, zet de bovenste laag uit en trekt het lichaam bol. Hoe verder weg van de vochtige ondergrond, hoe droger de lucht wordt: de bovenste laag droogt weer op en klapt terug. Dichtbij de ondergrond is de luchtvochtigheid weer hoger en het proces herhaalt zich.
Tegelijkertijd met het bol worden van het lichaam, beweegt het achterste been zich naar voren en met het hol worden, volgt het voorste been. Op deze manier ‘loopt’ de robot als een rups. In dit filmpje zie je hoe de robot zich voort beweegt:
Veiligheid
De bot is niet alleen een gave techniek, maar mogelijk ook te gebruiken als vervoerder van geneesmiddelen in het menselijk lichaam. Veiligheid is het belangrijkst wanneer iets in het lichaam wordt gebruikt. De robot mag niet schadelijk zijn én moet op de juiste plek terechtkomen.
De wetenschappers zijn al een heel eind. Ten eerste bevat de robotworm geen batterijen die giftig zijn en mogelijk kunnen ontploffen. Daarnaast kunnen ze met verschillende samenstellingen van nanovezels en vochtigheden van de ondergrond de snelheid en de richting waarin de robot zich voortbeweegt, voorspellen en beïnvloeden. Kooi legt uit dat de samenstelling van PEO vooral ligt aan de structuur. Bij een open structuur kan water veel sneller ‘oplossen’.
Antibioticum
Vervolgens testten de onderzoekers de robotrups op het afgeven van geneesmiddelen. De benen van de mechanische worm waren geweekt in een antibioticum en op een vochtige gel met een bacteriekweek geplaatst. In de linker afbeelding hieronder zie je welke weg de robot heeft afgelegd. De rechter afbeelding laat zien dat er na 24 uur ruim om het spoor geen bacteriën zijn gegroeid.
Links het spoor dat de robotrups met antibiotica heeft afgelegd en rechts de groei van de bacteriën na 24 uur.
Erik Frijlink, professor aan de Rijks Universiteit Groningen gespecialiseerd in farmaceutische technologie en bio-farmacie, is sceptisch over de toepassing van de robotworm in het menselijk lichaam. “Het enkele feit dat je een systeem kunt laten bewegen, maakt het nog niet geschikt als drager voor het gericht toedienen van geneesmiddelen. Ten eerste is dit systeem is nog veel te groot om in het lichaam toegepast te worden. Daarnaast is het niet duidelijk of een klein systeem krachtig genoeg is om in te gaan tegen de vloeistofstromen in het lichaam. Ook is er geen ‘navigatiesysteem’ om het bewegende deeltje te sturen, dus je kan het niet naar een plek sturen waar je het geneesmiddel afgeleverd wil hebben. Als laatste is de robot niet oplosbaar en zou het in de bloedbaan kunnen zorgen voor trombose.”
Voorlopig zal er dus geen robotworm door je lichaam lopen, maar het filmpje blijft leuk om naar te kijken.
Bronnen: Science Robotics, Nature, Popular mechanics, The Verge
Beeld: Shin et al., Sci. Robot. (2018)
Lees ook:
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!