17/04/2023
Door Ad Spijkers
Het beeld van een robot bestaat uit motoren en elektronica, ingekapseld in metaal. De moleculaire robotica begint daar verandering in te brengen.
Net zoals bij de vorming van complexe levende organismen ontlenen moleculaire robots vorm en functionaliteit aan geassembleerde moleculen. Dergelijke robots kunnen belangrijke toepassingen hebben, zoals het in vivo (in het lichaam) behandelen en diagnosticeren van ziekten.
Spons
De eerste uitdaging bij het bouwen van een moleculaire robot is dezelfde als de meest basale behoefte van elk organisme: een lichaam dat alles bij elkaar houdt. Maar het vervaardigen van complexe structuren, vooral op microscopisch niveau, is een technische nachtmerrie gebleken. Er zijn veel beperkingen op wat mogelijk is. Om dit aan te pakken, heeft een onderzoeksteam van Tohoku University in Sendai City (350 km noordelijk van Tokyo) een eenvoudige methode ontwikkeld om moleculaire robots te maken.
De onderzoekers creëerden kunstmatige, meercellige lichamen door moleculen te gebruiken die zichzelf in de gewenste vorm kunnen organiseren. Hun werk demonstreerde een eenvoudige, zelf-assemblagetechniek die gebruik maakt van fosfolipiden en synthetische oppervlakte-actieve stoffen die op een hydrofobe siliconenspons zijn gecoat.
Toen de onderzoekers water in de met lipiden gecoate spons brachten, stelden de hydrofiele en hydrofobe krachten de lipiden en oppervlakte-actieve stoffen in staat zichzelf te assembleren, waardoor het water erin kon trekken. De spons werd vervolgens in olie geplaatst en vormde spontaan gestabiliseerde waterdruppels van micronformaat, terwijl het water uit de vaste drager werd verdreven. Wanneer ze op het wateroppervlak werden gepipetteerd, verzamelden deze druppeltjes zich snel tot grotere vlakke macroscopische structuren, zoals bakstenen die samenkomen om een muur te vormen.
Perspectieven
Deze techniek kan gemakkelijk structuren van centimetergrootte bouwen uit de assemblage van compartimenten van micronformaat. Dat kan worden gedaan met meer dan één druppeltype. Dat kan door verschillende sponzen te gebruiken met water dat verschillende opgeloste stoffen bevat. Door verschillende druppeltypes te vormen, kunnen de druppeltjes worden gecombineerd om heterogene structuren te vormen. Deze modulaire benadering van assemblage ontketent bijna eindeloze mogelijkheden.
Het team zou deze lichamen ook kunnen veranderen in bestuurbare apparaten met geïnduceerde beweging. Om dit te doen, introduceerden de onderzoekers magnetische nanodeeltjes in de hydrofobe wanden van de structuur met meerdere compartimenten. Volgens de wetenschappers zal deze benadering van robotontwerp met meerdere compartimenten flexibele modulaire ontwerpen met meerdere functionaliteiten mogelijk maken en kunnen herdefiniëren wat we denken dat robots zijn.
Toekomstig werk zal hen dichter bij een nieuwe generatie robots brengen die worden geassembleerd door moleculen in plaats van gesmeed in staal. En ze zullen functionele chemicaliën gebruiken in plaats van siliciumchips en motoren.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Richard Archer / Shin-Ichiro Nomura