26/01/2017
Door Ad Spijkers
Gecko's en andere dieren gebruiken hechtmechanismen om ondersteboven langs het plafond te lopen. Wetenschappers uit Kiel bouwen dergelijke mechanismen na.
Een interdisciplinair onderzoeksteam uit materiaalwetenschappen, chemie en biologie aan de Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) is er in geslaagd een op de biologie geïnspireerd hechtmateriaal te ontwikkelen, dat via UV-licht op afstand kan worden bestuurd. Hiermee is het mogelijk objecten nauwkeurig in het microbereik te verplaatsen. De resultaten kunnen interessant zijn voor toepassingen in de robotica, industrie en medische techniek.
Besturen met licht
In de natuur zorgen mechanische stimuli zoals spierbewegingen er voor, dat benen van dieren zich aan een oppervlak hechten en weer loslaten. Om hun kunstmatige hechtmechanisme, die ze hebben gebouwd naar voorbeelden uit de natuur, te controleren, gebruiken de onderzoekers echter licht. Licht heeft het voordeel dat het zeer nauwkeurig kan worden toegepast. Het is omkeerbaar: her kan in de kortst mogelijke tijd worden in- en uitgeschakeld.
De onderzoekers ontwikkelden eerst een elastisch poreus materiaal (LCE, Liquid crystal elastomer), dat door zijn speciale molecuulstructuur buigt zodra het met ultraviolet licht wordt aangestraald.
Het viel de onderzoekers op dat het materiaal meer buigt naarmate het poreuzer is en daar maakten ze gebruik van. Poreuze materialen kunnen door hun structuur gemakkelijk met elkaar worden verbonden. Dus testten de onderzoekers wat er gebeurt wanneer het elastische materiaal, dat goed reageert op licht, wordt gecombineerd met een bio-geïnspireerd materiaal dat goed hecht.
Transport op microschaal
Het resultaat is een intelligent, hechtend composietmateriaal dat via licht kan worden bestuurd. Het oppervlak bestaat uit een microstructuur uit paddestoelvormige hechtingselementen zoals die zich ook aan de poten van keversoorten bevinden. Vlakke of driedimensionale elementen zoals kleine objectdragers of kogels uit glas hechten daar aan en kunnen daardoor worden opgetild. Wordt het composietmateriaal aangestraald met ultraviolet licht, dan buigt het. Door het krommen van de oppervlakken laten meer en meer hechtingselementen het object los tot het tenslotte weer kan worden neergezet.
De onderzoekers konden aantonen dat ze met hun nieuwe materiaal objecten kunnen transporteren. Bovendien is het transport met licht nauwkeurig te besturen en wel op microniveau. Ze gebruiken het licht als een soort afstandsbesturing. Bovendien laat het op de biologie geïnspireerde hechtingsmateriaal geen sporen achter op de objecten.
Toepassing
De ontdekking van de onderzoekers is interessant voor gevoelige sensoren of minuscuul kleine computerchips. Ze moeten wel worden geproduceerd onder bescherming tegen invloeden van buitenaf en tegen verontreinigingen, bijvoorbeeld in een clean room. Op lange termijn willen de onderzoekers het nieuwe materiaal gebruiken om microrobots te ontwikkelen, die zich voortbewegen door besturing via licht en tegen muren omhoog kunnen klimmen.
Het onderzoeksproject is onderdeel van het Sonderforschungsbereich 677 'Functie door schakelen' aan de universiteit. Hierin werken onderzoekers discipline-overschrijdend aan de ontwikkeling van schakelbare moleculaire machines, die bijvoorbeeld door licht kunnen worden bestuurd.