Ingenieurs van de ETH Zürich hebben een plastic plaatje laten lopen als een miljoenpoot met magnetische trilhaartjes. Leggen ze het plaatje op zijn kop, dan kunnen de kunstmatige trilhaartjes vloeistoffen en kleine deeltjes vervoeren.

Hoe neem je gecoördineerd een stap als je een miljoen voeten hebt? Miljoenpoten weten hierop het antwoord. Met hun vele pootjes kunnen deze diertjes gaan waar ze maar willen. Fascinerend, vond Bradley Nelson, leider van het onderzoek aan de Zwitserse universiteit. Dit was zijn inspiratie om een kunstmatig systeem te maken waarbij meerdere pootjes met elkaar samenwerken om een specifieke beweging maken. 

Maar niet alleen deze beestjes verstaan de kunst van het geordend laten samenwerken van zoveel pootjes. Ook in ons lichaam werken ontelbare kleine trilhaartjes  - ook wel cilia genoemd - werken samen om onze luchtwegen schoon te houden. Door een soort golfbewegingen te maken vervoeren de trilhaartjes vuil gericht naar buiten. Ze brengen het vuil weer naar onze keel, waar het als slijm ophoesten. 

 

 

Cilia-tapijten

'We hebben de bewegingen goed bestudeerd om een kunstmatig systeem te bouwen die zich op gelijke wijze voort beweegt', schrijft Nelson in zijn mail. 'Uiteindelijk hebben we deze plastic plaatjes met magnetische pootjes ontwikkeld die we "cilia-tapijten" noemen.' 

Het team publiceerde het werk onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.

 

Dankzij de rekbaarheid van het plastic plaatje kunnen de haartjes hem voortbewegen. Foto's: Bradley Nelson.

 

Magnetisch veld

De plastic plaatjes zijn ongeveer 80 millimeter lang en 20 millimeter breed en worden gedragen door honderd magnetische trilhaartjes. Deze haartjes, gemaakt van magnetische microdeeltjes van een metaalmengsel, zijn 4 millimeter lang en hebben een diameter van 0.8 millimeter en bewegen het plaatje voort. Ze reageren op magnetische velden. Door het magnetisch veld te variëren, buigen de haartjes en laten de onderzoekers de haartjes als het ware golven. Dit resulteert in een lopende beweging van de rekbare plastic plaatjes.

'Het maken van deze kleine machine die net als een miljoenpoot kan lopen was een grote prestatie', mailt Nelson. Is het magnetisch veld sterk genoeg, dan rolt het plaatje zich zelfs helemaal op.

 

Vloeistoffen

Leg je het plaatje op zijn rug, dan imiteert het machientje de fijne haartjes in sommige van onze organen. Met hun golvende bewegingen stuwen de kleine haartjes vloeistoffen en de daarin zwevende kleine deeltjes voort.

De snelheid van de deeltjes kan je aanpassen met het magnetisch veld. Maar ook door de dichtheid van de haartjes heeft daar invloed op. Hoe hoger de dichtheid van de haartjes, hoe harder ze de deeltjes kunnen rondpompen.
 

In een vloeistof stuwen de trilhaartjes fluorescente deeltjes voort, aangestuurd door een magnetisch veld. Foto: Bradley Nelson.

 

Zachte robotica

De kleine machines van de onderzoekers kunnen gebruikt worden in de zachte robotica, een vakgebied binnen de robotica waar robots gemaakt worden van zachte materialen. Ze zouden hun toepassing kunnen vinden in het voortbewegen van robots waarbij de pootjes aangestuurd worden door magnetische velden. Ook willen de onderzoekers de biomedische toepassingen van dit systeem in de zachte robotica uitlichten, het systeem is geschikt om ons maag-darmstelsel kunnen nabootsen.

 

Foto's: Bradley Nelson