27/01/2023
Door Ad Spijkers
De robot in de vorm van een persoon wordt vloeibaar om uit een kooi te ontsnappen voordat hij handmatig wordt teruggeplaatst in zijn oorspronkelijke vorm.
Geïnspireerd door zeekomkommers hebben ingenieurs aan de Chinese University of Hong Kong (CUHK) miniatuurrobots ontworpen die snel en omkeerbaar schakelen tussen vloeibare en vaste toestanden. Behalve dat ze van vorm kunnen veranderen, zijn de robots magnetisch en kunnen ze elektriciteit geleiden. In een studie hebben de onderzoekers de robots door een hindernisbaan van mobiliteits- en vormveranderingstests geleid.
Faseverandering
Waar traditionele robots hard en stijf zijn, zijn 'zachte' robots flexibel maar zwak en hun bewegingen zijn moeilijk te controleren. Door robots de mogelijkheid te geven om te schakelen tussen vloeibare en vaste toestanden, krijgen ze meer functionaliteit, aldus de onderzoekers. Ze creëerde het nieuwe van fase veranderend materiaal – 'magnetoactieve vaste-vloeistoffase-overgangsmachine' – door magnetische deeltjes in te bedden in gallium, een metaal met een laag smeltpunt (29,8 °C).
De magnetische deeltjes hebben twee functies. De ene is dat ze het materiaal laten reageren op een wisselend magnetisch veld, zodat ze door inductie het materiaal zijn op te warmen en de faseverandering is te veroorzaken. Maar de magnetische deeltjes geven de robots ook mobiliteit en het vermogen om te bewegen als reactie op het magnetische veld. Bestaande van fase veranderende materialen zijn afhankelijk van warmtepistolen, elektrische stromen of andere externe warmtebronnen om van vaste stof naar vloeistof te transformeren. Het nieuwe materiaal heeft ook een extreem vloeibare vloeibare fase in vergelijking met andere van fase veranderende materialen, waarvan de 'vloeibare' fasen aanzienlijk stroperiger zijn.
Alvorens mogelijke toepassingen te onderzoeken, testten de onderzoekers de mobiliteit en sterkte van het materiaal in verschillende contexten. Met behulp van een magnetisch veld sprongen de robots over grachten en beklommen ze muren. Ze splitsten zich zelfs in tweeën om samen andere objecten te verplaatsen voordat ze weer samenvloeiden. In onderstaande video wordt een robot in de vorm van een persoon vloeibaar gemaakt om door een kooi te sijpelen, waarna hij wordt geëxtraheerd en weer in zijn oorspronkelijke vorm wordt gegoten.
Toepassingen
De onderzoekers willen met dit materiaalsysteem op meer praktische manieren een aantal specifieke medische en technische problemen oplossen. Aan de biomedische kant willen ze de robots een vreemd voorwerp uit een modelmaag laten verwijderen en om op verzoek medicijnen in dezelfde maag af te leveren.
Ze demonstreren ook hoe het materiaal zou kunnen werken als slimme soldeerrobots voor het assembleren en repareren van draadloze circuits. Dit willen ze doen door in moeilijk bereikbare circuits te sijpelen en als zowel soldeer als geleider te fungeren. Ook denken ze aan een universele mechanische 'schroef' voor het assembleren van onderdelen in moeilijk te bereiken circuits in moeilijk bereikbare ruimtes (door in de schroefdraadbus te smelten en vervolgens te stollen; echt schroeven is niet nodig.)
Toekomstig werk moet verder onderzoeken hoe deze robots kunnen worden gebruikt binnen een biomedische context. Wat ze nu laten zien, zijn eenmalige demonstraties, proofs of concept. Er zal nog veel meer onderzoek nodig zijn om uit te zoeken hoe dit daadwerkelijk kan worden gebruikt voor medicijnafgifte of voor het verwijderen van vreemde voorwerpen.
Foto: screenshot video CUHK