Kleine robotzwemmers die zichzelf genezen van schade

Levend weefsel kan zichzelf genezen van vele verwondingen, maar het was een enorme uitdaging om vergelijkbare vaardigheden te geven aan kunstmatige systemen, zoals robots. Nu rapporteren onderzoekers in ACS ‘ Nano Letters hebben kleine, zwemmende robots ontwikkeld die zichzelf magnetisch kunnen genezen nadat ze in twee of drie stukken zijn gebroken. De strategie zou ooit kunnen worden gebruikt om sterkere apparaten te maken voor milieu- of industriële schoonmaak, zeggen de onderzoekers.

Wetenschappers hebben kleine robots ontwikkeld die door vloeistoffen kunnen ‘zwemmen’ en nuttige functies kunnen vervullen, zoals het milieu opruimen, medicijnen toedienen en operaties uitvoeren. Hoewel de meeste experimenten in het laboratorium zijn gedaan, zouden deze kleine machines uiteindelijk worden vrijgelaten in ruwe omgevingen, waar ze zouden kunnen worden beschadigd. Zwemrobots zijn vaak gemaakt van broze polymeren of zachte hydrogels, die gemakkelijk kunnen barsten of scheuren. Joseph Wang en collega’s wilden zwemmers ontwerpen die zichzelf konden genezen terwijl ze in beweging waren, zonder hulp van mensen of andere externe triggers.

De onderzoekers maakten zwemmers van 2 cm lang (ongeveer de breedte van een menselijke vinger) in de vorm van een vis met een geleidende onderlaag; een stijve, hydrofobe middenlaag; en een bovenste strip van uitgelijnde, sterk magnetische microdeeltjes. Het team voegde platina toe aan de staart, die reageerde met waterstofperoxide als brandstof om zuurstofbellen te vormen die de robot voortstuwden. Toen de onderzoekers een zwemmer in een petrischaaltje met een zwakke waterstofperoxideoplossing plaatsten, bewoog deze zich langs de rand van de schaal. Vervolgens sneden ze de zwemmer met een mes en de staart bleef rondreizen totdat hij de rest van het lichaam naderde, waardoor de vorm van de vis door een sterke magnetische interactie werd hervormd.

De robots konden zichzelf ook genezen wanneer ze in drie stukken werden gesneden, of wanneer de magneetstrip in verschillende configuraties werd geplaatst. De veelzijdige, snelle en eenvoudige zelfherstellende strategie zou een belangrijke stap kunnen zijn in de richting van on-the-fly reparatie voor kleinschalige zwemmers en robots, zeggen de onderzoekers.