Pas op voor deze top 10 micro

De robotrevolutie is aan de gang! Microrobotica, een opkomend onderzoeksgebied waarin kruisfusie van microtechnologie en robotica plaatsvindt, baant snel de weg voor de ontwikkeling van robots die kleiner zijn dan een mensenhaar. Ja, je leest het goed. Van microbots die kunnen lopen, vliegen, zwemmen, klimmen, kruipen en verschillende taken uitvoeren zoals het toedienen van medicijnen in ons lichaam, het identificeren van kankers, het vernietigen van tumoren; er zijn verschillende innovaties doorgevoerd over de hele wereld.

Als aanvulling op de opmars van deze geavanceerde uitvindingen, hebben wetenschappers ook micro-robots bedacht die zo klein zijn als minder dan 1 millimeter. Ingenieurs en programmeurs over de hele wereld werken voortdurend aan vooruitgang op dit gebied en het ontwikkelen van micro-robots die niet met het blote oog kunnen worden gezien. Allemaal dankzij de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van elektronica, mechanica, nanotechnologie en computers.

Van de micro-robots die worden ontwikkeld, komen sommige naar voren als ongelooflijk nuttige tools, terwijl andere zijn ontworpen en ontwikkeld als creatieve ideeën voor verdere innovatie op het gebied van micro-robotica. Hier zijn de top 10 ongelooflijk creatieve en geavanceerde micro-robots die in 2020 zijn ontwikkeld. Deze microbots zijn het resultaat van uitmuntende engineering en zijn ontwikkeld voor vele doeleinden; zij het op het gebied van leger, gezondheidszorg of techniek. Dus laten we ze zonder verder oponthoud eens bekijken.

1. Laser-geactiveerde microscopische robot

Onderzoekers van Cornell en de University of Pennsylvania hebben microscopisch kleine robots gebouwd die bestaan uit een eenvoudig circuit gemaakt van fotovoltaïsche silicium, met name het romp- en hersengedeelte, en vier elektrochemische actuatoren die als benen werken. Deze door laser geactiveerde micro-robots zijn ongeveer 5 micron dik, 40 micron breed en 40 tot 70 micron lang. Deze kleine robots worden bestuurd door laserpulsen op verschillende fotovoltaïsche systemen te laten knipperen, waardoor een aparte set poten kan worden opgeladen. Om de robot te laten lopen, wordt de laser heen en weer geschakeld tussen de fotovoltaïsche zonne-energie voor en achter.

2. Op zee geïnspireerde Aqua Robot

Onlangs hebben onderzoekers van de Northwestern University een levensechte zachte robot ontwikkeld die met menselijke snelheid kan lopen, de transportlading naar verschillende locaties kan oppakken, de heuvels op kan klimmen, kan dansen, enz. Deze micro-robot lijkt op een vierpotige octopus en werkt. in een met water gevulde tank en is ideaal voor gebruik in aquatische omgevingen. Deze minuscule, centimeter grote waterrobot bootst het gedrag van het zeeleven na en beweegt met een snelheid van één stap per seconde. Het is bijna 90% water in gewicht, vereist geen ingewikkelde hardware, hydraulica of elektriciteit voor beweging, maar wordt geactiveerd door licht en loopt in de richting van het externe roterende magnetische veld. De met water gevulde structuur van deze micro-robot en het ingebedde skelet van uitgelijnde nikkelfilamenten zijn ferromagnetisch, waardoor precieze bewegingen en behendigheid mogelijk zijn.

3. Bio-geïnspireerde micro-robot

Geïnspireerd door witte bloedcellen heeft een team van wetenschappers van het Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) in Stuttgart een kleine micro-robot uitgevonden die lijkt op een witte bloedcel die door de bloedsomloop reist. Deze micro-robot lijkt qua vorm, grootte en bewegingsmogelijkheden op leukocyten. De bolvormige medicijnafleveringsrobot is bestand tegen de gesimuleerde bloedstroom. Het omvat elke cel en biedt een ideale route voor navigatie. De diameter van deze microcontroller is minder dan 8 micrometer en is gemaakt van glazen microdeeltjes. De ene kant is bedekt met een dunne nikkel- en goudfilm, de andere met moleculen tegen kanker en specifieke biomoleculen die kankercellen kunnen herkennen. Het heeft de coating van celspecifieke antilichamen op het oppervlak en kan de medicijnmoleculen vrijgeven. In de laboratoriumomgevingde microcontroller kan een snelheid bereiken tot 600 micrometer per seconde, wat neerkomt op ongeveer 76 lichaamslengtes per seconde.

4. Lego-achtige magnetische microbots

Eunhee Kim en Hongsoo Choi, twee ingenieurs van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology in Zuid-Korea, en hun collega's bouwden rechthoekige robots die kunnen werken als zenuwcelconnectoren en zo gaten overbruggen tussen twee verschillende groepen cellen. Met een lengte van 300 micrometer en een breedte van 95 micrometer kunnen de kleine Lego-achtige magnetische microbots de hersencellen (individuele neuronen) met elkaar verbinden om een neuraal netwerk te vormen.

5. Minuscule robots

Onderzoekers van ETH Zürich hebben 3D-geprinte micro-robots ontwikkeld die in staat zijn om medicijnladingen af te leveren via bloedvaten in het menselijk lichaam. Deze micro-robots zijn zo klein dat ze door onze bloedvaten kunnen manoeuvreren en medicijnen naar bepaalde punten in het lichaam kunnen afleveren. De minuscule robots zijn gemaakt met een 3D-printtechniek waarbij meerdere materialen op een complexe manier in elkaar grijpen. Metalen en polymeren hebben verschillende eigenschappen en beide materialen bieden bepaalde voordelen bij het bouwen van micromachines. Twee materialen, namelijk metaal en kunststof, zijn zo nauw met elkaar verbonden als schakels in een ketting.

6. Harvard Ambulatory Microbot of HAMR-JR

Onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en het Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ontwierpen en programmeerden een op kakkerlakken geïnspireerde robot, HAMR - JR. Deze robot ter grootte van een cent heeft een lichaamslengte van 2,25 centimeter en weegt ongeveer 0,3 gram, en kan ongeveer 14 lichaamslengtes per seconde uitvoeren.

7. RoBeetle

RoBeetle is een kleine autonome kruiprobot van 88 milligram ter grootte van een insect, aangedreven door de katalytische verbranding van methanol. Deze kleine robot, ontwikkeld door onderzoekers van de University of Southern California, werkt op methanol en gebruikt een kunstmatig spiersysteem om tot twee uur lang te kruipen, klimmen en ladingen op zijn rug te dragen. De 15 millimeter lange RoBeetle gebruikt een kunstmatig spiersysteem op basis van vloeibare brandstof (methanol) dat ongeveer 10 keer meer energie opslaat dan een batterij van dezelfde massa.

Deze micro-robot heeft vier poten. De achterpoten zijn vast en de voorpoten zijn vastgemaakt aan een overbrenging die is verbonden met een bladveer die zo is gespannen dat de poten naar achteren worden getrokken. Het lichaam van de robot werkt als een brandstoftank die gevuld is met methanol en het ontwerp is zodanig dat de robot stil kan staan. Het mechanische ontwerp van het systeem kan de brandstofstroom moduleren met behulp van een puur mechanisch systeem.

8. Magnetische T-Budbots

Onderzoekers van ACS Applied Materials & Interfaces ontwierpen T-Budbots, biocompatibele micromotoren van theeknoppen om biofilms los te maken, een antibioticum af te geven om bacteriën te doden en het puin op te ruimen. De kleine bots kunnen antibioticum ciprofloxacine integreren dankzij elektrostatische interactie op hun oppervlak, waardoor hun antibacteriële werkzaamheid toeneemt tegen de vreselijke pathogene bacteriële gemeenschappen van Pseudomonas aeruginosa en Staphylococcus aureus. De theeknoppen van Camellia sinensis zijn poreus, niet giftig, niet duur en biologisch afbreekbaar. Bovendien bevatten de theeknoppen ook polyfenolen, die antimicrobiële eigenschappen hebben.

9. Microrobot voor elk terrein

Ingenieurs van de Purdue University hebben een microrobot voor elk terrein ontwikkeld, zo klein als een paar strengen van mensenhaar. Deze microrobot kan door een dikke darm reizen door backflips te maken en medicijnen te vervoeren bij mensen met dubbele punten en andere organen die ruw terrein hebben. De all-terrain robot is te klein om een batterij te dragen; daarom wordt het van buitenaf aangedreven en draadloos bestuurd door een magnetisch veld.

10. RoboFly

Last but not least, hier is er een genaamd RoboFly. Onderzoekers van de Universiteit van Washington hebben deze 74 mg slagvleugelige microrobot gemaakt die kan bewegen in de lucht, op de grond en op wateroppervlakken. Deze nieuwe robot is gebouwd met een kleiner aantal componenten in vergelijking met andere ontwikkelde robots van insectenformaat. Dit hielp bij het vereenvoudigen van het fabricageproces. Het ontwerp van deze robot is zodanig dat het chassis slechts één gevouwen laminaatplaat heeft.

RoboFly maakt gebruik van zijn twee klappende vleugels die worden aangedreven door piëzo-elektrische actuatoren om te vliegen en te zweven zoals sommige insecten doen. Door gebruik te maken van de klappende vleugels kan hij over de grond bewegen en sturen. Omdat de robot licht van gewicht is, kan hij op wateroppervlakken landen als hij wordt aangepast met een set van drie voetachtige aanhangsels. Bij de landing kan de robot op het water bewegen en sturen volgens hetzelfde principe dat wordt gebruikt om op de grond te bewegen.

Hebben deze kleine robots je niet verbaasd achtergelaten? Onze lijst met micro-robots is misschien niet compleet, aangezien er zeker meer innovaties plaatsvinden terwijl we deze micro-robots opschrijven, of we hebben er misschien een paar gemist, maar de lijst geeft je een redelijk goed idee van waar de innovaties op het gebied van micro-robotica vandaag staan en in welke richting het gaat.