25/05/2016
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van het Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme hebben kleine microrobots met eigen aandrijving ontwikkeld, die lood uit verontreinigd water kunnen verwijderen of organische vervuilingen kunnen afbreken.
In samenwerking met collega’s uit Barcelona en Singapore gebruikten de onderzoekers grafeenoxide om de miniatuurmotoren te maken. Deze kunnen lood uit industrieel afvalwater adsorberen en aldus in een uur tijd een niveau van 1000 deeltjes per miljard reduceren tot 50 deeltjes per miljard. Het lood kan later voor recycling worden teruggewonnen en de micromotoren kunnen steeds opnieuw worden gebruikt.
Aandrijving
De buitenste schil van de microrobot, die uit grafeen bestaat, vangt het lood. De binnenste laag platina fungeert als aandrijving en waterstofperoxide als brandstof, zodat de robot zichzelf kan aandrijven. Wanneer waterstofperoxide aan het afvalwater wordt toegevoegd, zet het platina het om in water en zuurstofbellen, die aan de achterzijde van de microrobot worden uitgestoten, vergelijkbaar met een straalmotor. Bij de ontwikkeling was het belangrijk een systeem voor het verwijderen van schadelijke stoffen te gebruiken dat zelf geen extra verontreiniging toevoegt.
Tussen het grafeenoxide en de platinalaag bevindt zich een nikkellaag die het de onderzoekers mogelijk maakt de beweging en richting van de microrobot magnetisch van buitenaf te sturen. Er wordt ook een magneetveld gebruikt om ze allemaal uit het water te halen wanneer ze klaar zijn. In de toekomst kunnen microrobotzwermen door een geautomatiseerd systeem worden bestuurd. Dat systeem kan ze met behulp van magneten verschillende taken laten vervullen.
Verontreinigingen van het water met zware metalen (lood, arseen, kwik en andere metalen) ontstaan door industriële activiteit en vorm een groot risico voor de publieke gezondheid en de dierenwereld. De nieuwe microrobots (elke is kleiner dan de diameter van een menselijke haar) bieden een oplossing die potentieel sneller en goedkoper is dan de huidige waterzuiveringsmethoden. Bovendien zijn ze milieuvriendelijk: ze maken een verantwoorde omgang met de verzamelde schadelijke stoffen mogelijk omdat het lood na afloop kan worden gebruikt voor recycling. Bovendien zijn de robotjes zelf opnieuw te gebruiken.
Verder onderzoek
Behalve voor het opruimen van verontreinigingen door zware metalen bestuderen de onderzoekers ook zichzelf aandrijvende microrobots die organische vervuilingen kunnen afbreken. Deze microrobots kunnen na gebruikt opnieuw worden opgebouwd en zonder verlies van werkzaamheid voor herhaalde toepassing voor een periode tot vijf weken worden ingezet.
De onderzoekers plannen nu de microrobots verder te ontwikkelen zodat ze ook andere schadelijke stoffen kunnen inzamelen Ook werken ze aan verlaging van de kosten voor de productie van de microrobots om ze in grote aantallen te kunnen maken. De onderzoekers werken ook aan micro- en nanorobots met eigen aandrijving voor toepassingen als het toedienen van medicijnen. (Foto: American Chemical Society)