15/09/2022
Door Ad Spijkers
De magnetische zachte millirobot kan vouwen, rollen en grijpen met zijn op rupsen geïnspireerde poten.
Millirobots zijn ongeveer zo breed als een vinger. Op een dag zouden ze medicijnen kunnen afleveren of minimaal invasieve chirurgie kunnen uitvoeren. Chinese onderzoekers maken melding van een zachte, biologisch afbreekbare, magnetische millirobot ontwikkeld die is geïnspireerd op de loop- en grijpmogelijkheden van insecten.
Millirobots
Er worden al zachte millirobots ontwikkeld voor een verscheidenheid aan biomedische toepassingen. Door hun kleine formaat worden ze vaak extern aangedreven door een magnetisch veld. Door hun structuren kunnen ze zich bijvoorbeeld door de hobbelige weefsels van ons maag-darmkanaal kruipen of rollen. Ze kunnen ooit zelfs worden gecoat in een medicijnoplossing en het medicijn precies daar afleveren waar het in het lichaam nodig is.
Maar de meeste millirobots zijn gemaakt van niet-afbreekbare materialen, zoals siliconen. Dat betekent dat ze operatief moeten worden verwijderd als ze in klinische toepassingen worden gebruikt. Bovendien zijn deze materialen niet zo flexibel en laten ze niet veel fijnafstemming van de eigenschappen van de robot toe, waardoor hun aanpassingsvermogen wordt beperkt. Amerikaanse onderzoekers wilden een millirobot maken van zachte, biologisch afbreekbare materialen die kunnen grijpen, rollen en klimmen, maar die vervolgens gemakkelijk kan oplossen nadat zijn werk is gedaan.
Gelatine-oplossing
Als 'proof of concept' creëerden ze een millirobot met behulp van een gelatine-oplossing gemengd met microdeeltjes van ijzeroxide. Door het materiaal boven een permanente magneet te plaatsen, duwden de microdeeltjes in de oplossing de gel naar buiten. Hierdoor worden insectenachtige 'poten' gevormd langs de lijnen van het magnetische veld. Vervolgens werd de hydrogel in de koude geplaatst om hem steviger te maken. De laatste stap was om het materiaal in ammoniumsulfaat te weken om netvorming in de hydrogel te veroorzaken, waardoor het nog sterker wordt.
Door verschillende factoren te veranderen, zoals de samenstelling van de ammoniumsulfaatoplossing, de dikte van de gel of de sterkte van het magnetische veld, konden de onderzoekers de eigenschappen afstemmen. Door de hydrogel bijvoorbeeld verder van de magneet af te plaatsen, zijn minder, maar langere benen ontstaan.
Beweging
Omdat de microdeeltjes van ijzeroxide magnetische kettingen in de gel vormen, zorgt het bewegen van een magneet in de buurt van de hydrogel ervoor dat de benen buigen en een klauwachtige grijpbeweging produceren. In experimenten greep het materiaal een 3D-geprinte cilinder en een rubberen band en droeg ze elk naar nieuwe locaties.
Bovendien testten de onderzoekers het vermogen van de millirobot om een medicijn af te geven door het in een kleurstofoplossing te coaten en het vervolgens door een maagmodel te rollen. Eenmaal op zijn bestemming ontvouwde de robot zich en liet de kleurstof los met strategisch gebruik van magneten. Omdat het is gemaakt met in water oplosbare gelatine, degradeerde de millirobot in twee dagen in water, waarbij alleen de kleine magnetische deeltjes achterblijven. De onderzoekers zeggen dat de nieuwe millirobot nieuwe mogelijkheden zou kunnen bieden voor het toedienen van medicijnen en andere biomedische toepassingen.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: video American Chemical Society