Lichtbetriebener Mikroroboter Schwimmt Autonom Durch Viskose Flüssigkeiten
Wissenschaftler haben einen neuartigen Mikroroboter entwickelt, der in der Lage ist, sich autonom durch dickflüssige Flüssigkeiten wie Schleim zu bewegen. Dieser lichtbetriebene Roboter könnte in der medizinischen Anwendung zur Freilegung von Blutgefäßen eingesetzt werden.
Einführung in die Mikroschwimmtechnologie
Ein Blick durch ein optisches Mikroskop enthüllt eine Vielzahl von Mikroorganismen, die sich in ihrer zähflüssigen Umgebung auf kreative Weise bewegen. Zum Beispiel:
- E. coli Bakterien rotieren wie Korkenzieher.
- Cilien bewegen sich in synchronen Wellen.
- Flagellen nutzen eine peitschenartige Bewegung zur Fortbewegung.
Die Fortbewegung auf mikroskopischer Ebene gestaltet sich jedoch herausfordernd, da die viskosen Kräfte dominieren. Diese Bedingungen sind als Stokes-Regime bekannt, wo die inertialen Kräfte vernachlässigbar sind.
Entwicklung des Mikroroboters
Forschende der Tampere Universität in Finnland und der Anhui Jianzhu Universität in China haben nun einen toroidal geformten Mikroroboter entwickelt, der in der Lage ist, sich selbstständig in viskosen Flüssigkeiten zu bewegen. Diese innovative Konstruktion beruht auf einem Material, das als flüssigkristallines Elastomer bekannt ist und auf Licht reagiert.
Funktionsweise und Vorteile
Wenn das Material erhitzt wird, beginnt es aufgrund eines einzigartigen Mechanismus namens zero-elastic-energy mode (ZEEM) zu rotieren. Dieses Design vereinfacht die Steuerung der Mikroschwimmer erheblich, da es keine komplexen Architekturen erfordert. Der Roboter kann mit einem einzigen Lichtstrahl aktiviert werden, um nicht-reziproke Bewegungen auszuführen, und ermöglicht damit dreidimensionales Schwimmen im Stokes-Regime.
Zusätzlich sind diese toroidalen Roboter in der Lage, zwischen verschiedenen Bewegungsmodi zu wechseln, was ihre Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Umgebungen verbessert.
Zukünftige Forschung
Die Forscher betrachten diese Entwicklung als bedeutenden Fortschritt im Bereich der weichen Robotik. Zukünftige Studien werden voraussichtlich die Interaktionen und kollektiven Dynamiken zwischen mehreren toroidalen Robotern untersuchen. Diese könnten neue Kommunikationsmethoden zwischen intelligenten Mikrorobotern ermöglichen.
Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht und sind das Ergebnis zweier bedeutender Forschungsprojekte. Das erste Projekt, STORM-BOTS, zielt darauf ab, eine neue Generation von Forschern im Bereich der weichen Robotik auszubilden, während das zweite Projekt, ONLINE, die Entwicklung selbsttragender Bewegungsmechanismen untersucht.