Robot gebruikt water om te bewegen
Koreaanse onderzoekers ontwierpen een robot die beweegt als hij in contact komt met water of ander vocht. De robot kruipt in een experiment zelfstandig over een vochtige bodem. De robot kan onder andere dienen als vervanging van bloedzuigers in ziekenhuizen.
De zogenoemde hygrobot beweegt zich met een een buig- en strekbeweging voort als een soort worm. Voor het ontwerp lieten de Koreaanse onderzoekers zich inspireren door een dennenappel. Het openen en sluiten van een dennenappel gebeurt dankzij een speciaal weefsel met twee lagen: één hiervan neemt water op, de andere niet. In een vochtige omgeving zorgt dit ervoor dat één laag uitzet, waardoor de dubbele laag van vorm verandert. Op deze manier gaat een dennenappel open als het droog is, en sluit hij zich als het regent.
De onderzoekers pasten hetzelfde principe toe op hun hygrobot: de bovenste laag neemt water op, de onderste laag niet. Ze maakten de lagen door een mengsel, met onder andere plastic, te elektrospinnen. Hierbij gebruikt men elektrische krachten om draden te spinnen van een vloeibaar mengsel.
Buigen en strekken
De hygrobot heeft twee verschillende poten: een voorpoot en een achterpoot. Om vooruit te kruipen, maakt hij een buig- en strekbeweging. Wanneer de bovenste laag water opneemt zet deze uit, waardoor de robot krom trekt. Hierbij blijft de voorpoot stil staan en verplaatst alleen de achterpoot zich naar voren. Dit komt doordat de voorpoot steviger staat dan de achterpoot.
Vervolgens verdampt het water en strekt de hygrobot zich. Nu is de situatie omgekeerd: de achterpoot blijft staan, terwijl de voorpoot tijdens het strekken naar voren gaat. Door de hele buig- en strek beweging te herhalen, kruipt de hygrobot als een soort worm vooruit.
Vochtige tissue
Aanvankelijk moesten de onderzoekers zelf de luchtvochtigheid aanpassen om hun robot vooruit te krijgen. Onder deze omstandigheden bewoog de snelste hygrobot 6 mm/s. Uiteindelijk kon hij zelfstandig kruipen, toen hij over een vochtige tissue liep. Dit kwam doordat de vochtigheid van de lucht vlak boven de tissue varieerde: dicht bij de tissue was hij hoog, en verder weg werd hij lager.
In gestrekte vorm bevindt de robot zich in de hoge luchtvochtigheid, waardoor hij krom trekt. Hierdoor beweegt hij verder van de tissue af, en komt in de lage luchtvochtigheid terecht. Daardoor verdampt het water en strekt de robot zich, waarna het hele proces opnieuw begint.
De hygrobot bleek in staat te zijn om zelfstandig over een petrischaal met bacteriën te kruipen met een snelheid van 1,5 mm/s . De robot had antibiotica aan zijn poten, die hierdoor op de bacteriën terechtkwamen. In het spoor waar de hygrobot liep, groeiden geen bacteriën. Ze waren dus effectief bestreden.
Op de huid
Momenteel zetten artsen in bepaalde medische situaties kleine levende dieren in. Zo zorgen bloedzuigers voor een verbeterde doorbloeding in huidtransplantaten. De hygrobots, die in theorie op een vochtige mensenhuid kunnen lopen, zijn een mogelijke vervanging voor zulke beestjes. Voor veel patiënten zou dit de behandeling een stuk prettiger maken.
Openingsbeeld: Shin et al., Science Robotics, 2018